颤抖吧，锂电池君！氟电池已卷土重来

原子尺度上，新研究中电解质溶液的示意图。氟离子（粉红色）被BTFE分子所包围。

想象一下，手机或笔记本电脑在几周内都不用充电是多么惬意的事情。这不仅是消费者的美好愿景，也是研究人员一直在努力达成的目标。他们希望用更先进的电池替代目前广泛使用的锂电池。《科学》（Science）杂志12月7日报道，加州理工学院、喷气推进实验室、本田研究所和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员，采用一种新的方式制造的氟离子可充电电池或许将成为制造超长续航电子设备的关键。

论文合著者、2005年诺贝尔化学将得主、加州理工学院化学系教授维克托•阿特金斯(Victor Atkins)说：“氟化物电池具有更高的能量密度，这使它们的使用寿命可能长达现有电池的8倍。然而，氟化物的处理很棘手，它的腐蚀性和活性实在太强了。”

早在20世纪70年代，研究人员就曾试图利用固体元件制造可充电氟化物电池，但这种固态电池只能在高温下工作，使用局限性太大。阿特金斯等制造的氟电池是由液体元件驱动的，可以在室温下工作。喷气推进实验室化学家、论文通讯作者西蒙•琼斯(Simon Jones)表示：“虽然我们的研究还处于萌芽阶段，但这确实是第一个可以在室温条件下工作的可充电氟化物电池。”

电池由正、负极之间流动的带电原子(或离子)驱动电流。在室温下，电极工作液的存在使流动过程更容易进行。在锂离子电池中，锂在电解质的帮助下，在电极之间顺利流动。加州理工学院化学系教授、论文合著者托马斯•米勒(Thomas Miller)解释说：“电池的重复充放电过程就像把一个球推上山坡，然后再让它滚山脚，如此循环。在循环过程中，能量在储存和使用之间来回转换。”

锂电池中的锂离子为阳离子，新研究中使用的是氟阴离子。在电池中使用阴离子既面临挑战，也有很多优点。琼斯说：“要想让电池的使用时间更长，需要移动更多的电荷。移动多电荷的金属阳离子很困难，但移动几个单电荷的阴离子却相对容易，并且效果是类似的。这个方案的挑战是让系统能在可用电压下工作。而我们证实了氟化物可以在足够高的电压下工作。”

使氟化物电池可以液体中工作的关键在于基于二(2,2,2-三氟乙基)醚(BTFE)的电解质液体——BTFE有助于稳定氟离子，使其在正负极间正常流动。琼斯说，时为他实验室实习生的维多利亚•戴维斯(Victoria Davis)是首个尝试在氟电池中使用BTFE的人。尽管琼斯对这个方案并不抱有多大希望，但最终的结果却让他们大吃一惊。琼斯向米勒寻求帮助，以解释BTFE有效的原因。米勒团队随即对这个反应进行了计算机模拟并找到了答案。在此基础上，研究人员对BTFE溶液进行了调整，以提高其性能和稳定性。琼斯说：“我们正在开发一种制造更耐用电池的新方法。氟电池正在卷土重来。” 

科界原创 

编译：雷鑫宇 

审稿：阿淼 

责编：张梦 

期刊来源：《科学》

期刊编号：0036-8075

原文链接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/12/181206141209.htm

版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。