锂离子电池使轻巧的电子设备成为可能，而我们现在将其便携性视为理所当然，以及电动汽车生产的迅速发展。但是，世界各地的研究人员正在不断提高极限，以实现更大的能量密度（可以存储在给定质量的材料中的能量数量），以提高现有设备的性能并潜在地实现诸如此类的新应用。作为远程无人机和机器人中国机械网okmao.com。
一种有前途的方法是使用金属电极代替传统的石墨，在阴极具有较高的充电电压。然而，这些努力由于与分隔电极的电解质发生的各种不希望的化学反应而受到阻碍。现在，麻省理工学院和其他地方的一组研究人员发现了一种新型电解质，可以克服这些问题，并可以在不牺牲循环寿命的前提下，大幅提高下一代电池的单位重量功率。
麻省理工学院的教授朱莉，杨绍恩和耶利米·约翰逊，博士后薛伟江以及其他两个国家实验室的麻省理工学院的其他19名科学家在论文《自然能源》上发表了这项研究。研究人员说，这一发现可能使锂离子电池（现在通常每公斤可存储约260瓦特小时）到每公斤420瓦时（瓦时）成为可能。这将意味着电动汽车的续航里程更长，便携式设备的续航时间更长。
该电解质的基本原料价格便宜（尽管其中一种中间体化合物由于使用受限而仍很昂贵），而且制备方法也很简单。因此，研究人员说，这种进步可以相对迅速地实施。
化学教授约翰逊解释说，电解质本身并不新鲜。它是几年前由该研究小组的一些成员开发的，但用于不同的应用程序。这是开发锂空气电池的努力的一部分，锂空气电池被视为最大化电池能量密度的最终长期解决方案。
但是，此类电池的开发仍然面临许多障碍，而且技术距离仍可能有很长的路要走。同时，将电解质应用于具有金属电极的锂离子电池已证明可以更快地实现。
Shao-Horn，Johnson等人几年前在一家旨在开发锂空气电池的合作企业中最初开发了这种电极材料，后来“偶然发现”了这种新材料。
约翰逊说：“实际上，仍然没有任何东西可以制造出优质的锂空气电池。” 但是，“与使用的现有液体电解质相比，我们设计了这些希望能够赋予稳定性的有机分子”。他们开发了三种不同的基于磺酰胺的配方，他们发现它们具有极强的抗氧化和其他降解作用。然后，与博士的团队一起，薛博士决定改用更多标准阴极来尝试这种材料。
核科学与工程学和材料科学与工程学教授李说：“他们现在使用的这种电解质的电池电极类型是一种含有钴和锰的氧化镍，它是当今电动汽车行业的主力军。” 。
因为电极材料在充放电时会各向异性地膨胀和收缩，所以当与常规电解质一起使用时，这可能导致破裂和性能下降。但是，在与布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）合作进行的实验中，研究人员发现，使用这种新型电解液可以大大减少这些应力腐蚀裂纹的降解。
问题在于合金中的金属原子倾向于溶解到液体电解质中，从而失去质量并导致金属破裂。相比之下，新的电解质对这种溶解具有极强的抵抗力。李说，查看布鲁克海文试验的数据时，“如果您只更换电解液，所??有这些裂缝就消失了，这真是令人震惊。” 他们发现电解质材料的形态更加坚固，过渡金属在这些新型电解质中“只是没有那么多的溶解性”。
他说，这是一个令人惊讶的组合，因为该材料仍然可以轻松地使锂离子通过-电池充电和放电的基本机理-同时阻止其他阳离子（称为过渡金属）进入。与标准电解液相比，经过许多次充放电循环后，多余化合物在电极表面的堆积减少了十倍以上。
机械工程和材料科学与工程学教授Shao-Horn表示：“该电解质对高能富镍材料具有化学抗性，可防止循环过程中颗粒破裂并稳定正极。” “电解液还可以使锂金属稳定且可逆地剥离和镀覆，这是朝着使可充电锂金属电池的能量达到最新锂离子电池能量两倍的方向迈出的重要一步。这一发现将促进进一步的电解液搜寻和用于锂金属电池的液态电解质的设计可与固态电解质相媲美。”
下一步是扩大生产规模，使其价格可承受。约翰逊说：“我们可以从容易获得的商业原料中轻松地做出反应。” 目前，用于合成电解液的前体化合物价格昂贵，但他说：“我认为，如果我们能向世界展示这是消费电子产品的绝佳电解液，那么进一步扩大规模的动机将有助于推动价格下跌。。”
李说，由于这实际上是对现有电解质的“替代”替代，并且不需要重新设计整个电池系统，因此可以快速实施，并可以在几年内实现商业化。他说：“没有昂贵的元素，只有碳和氟。所以它不受资源的限制，只是过程。”
该研究得到了美国能源部和国家科学基金会的支持，并利用了布鲁克海文国家实验室和阿贡国家实验室的设施。