基于氟离子的新电池概念可以增加电池寿命

想象一下，无需为手机或笔记本电脑充电数周。这是研究人员寻找超越目前流行的锂离子电池版本的替代电池的梦想。现在，在科学杂志上发表的一项新研究中，包括加州理工学院和加州理工学院为美国宇航局管理的喷气推进实验室，以及本田研究所和劳伦斯伯克利国家实验室等多家机构的化学家们基于元素氟的氟化物，带负电荷的形式或阴离子制造可充电电池的新方法。

“氟化物电池可以具有更高的能量密度，这意味着它们的使用寿命可能比目前使用的电池长8倍，”研究报告的共同作者，加州理工学院的Victor和伊丽莎白阿特金斯化学教授Robert Grubbs说道。 2005年诺贝尔化学奖。“但氟化物可能难以使用，特别是因为它具有腐蚀性和反应性。”

在20世纪70年代，研究人员试图使用固体组件制造可充电氟化物电池，但固态电池仅在高温下工作，这使得它们在日常使用中不实用。在这项新研究中，作者最后报告了如何使用液体成分使氟化物电池工作 - 液体电池在室温下很容易工作。

“我们仍处于开发的早期阶段，但这是第一款可在室温下工作的可充电氟化物电池，”JPL化学家，新研究的通讯作者Simon Jones说。

电池通过在正极和负极之间穿梭带电原子或离子来驱动电流。当涉及液体时，这种穿梭过程在室温下更容易进行。在锂离子电池的情况下，借助于液体溶液或电解质，锂在电极之间穿梭。

加州电池化学教授托马斯米勒说：“给电池充电就像把球推上山，然后让它一遍又一遍地回滚。” “你在存储能量和使用它之间来回走动。”

虽然锂离子是正离子(称为阳离子)，但新研究中使用的氟离子带负电荷(称为阴离子)。使用电池中的阴离子既有挑战也有优势。

“对于持续时间更长的电池，你需要移动更多的电荷。移动多电荷金属阳离子是困难的，但通过移动几个带电荷的阴离子可以实现类似的结果，这些阴离子相对容易，”琼斯说。谁在JPL研究航天器所需的电源。“这个方案面临的挑战是使系统在可用电压下工作。在这项新研究中，我们证明了阴离子确实值得电池科学关注，因为我们证明了氟化物可以在足够高的电压下工作。”

使氟化物电池工作在液体而不是固态的关键证明是称为双(2,2,2-三氟乙基)醚或BTFE的电解液。这种溶剂有助于保持氟离子稳定，从而可以在电池中来回穿梭电子。琼斯说他当时的实习生，维多利亚戴维斯，现在在北卡罗来纳大学教堂山分校学习，是第一个考虑尝试BTFE的人。虽然琼斯并没有太大的希望它会成功，但团队仍然决定尝试它，并感到惊讶它运作良好。

那时，琼斯向米勒寻求帮助，理解解决方案的原因。米勒和他的小组对反应进行了计算机模拟，并找出了BTFE的哪些方面正在稳定氟化物。从那时起，该团队就能够调整BTFE解决方案，使用添加剂对其进行修改，以提高其性能和稳定性。

“我们正在开辟一种制造更持久电池的新方法，”琼斯说。“氟化物正在卷土重来。”