財聯(lián)社9月5日訊（編輯 黃君芝）眾所周知，許多牙膏都含有氟化鈉，這種氟化合物可以防止蛀牙。然而，含氟化合物還有其他意想不到的應用。近期，美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種氟化物電解質(zhì)，有助于防止電池性能減退。

阿貢國家實驗室化學科學與工程部門的負責人John Zhang說，“超越鋰離子電池的新一代電動汽車電池即將問世。”

據(jù)了解，在給定的體積或重量下，非鋰離子電池的化學成分提供的能量，是鋰離子電池的兩倍或更多。它們可以為汽車提供更長距離的動力，甚至有一天可以為長途卡車和飛機提供動力。

人們期望這類電池的廣泛使用將有助于解決氣候變化問題。然而，這些電池也面臨著一些瓶頸丞待解決，主要包括：隨著反復充放電，其高能量密度會迅速下降。

其中一個主要的競爭者是用鋰金屬制成的陽極（負極）來代替鋰離子電池中通常使用的石墨。因此它被稱為“鋰金屬”電池。陰極（正極）是一種含有鎳、錳和鈷（NMC）的金屬氧化物。雖然它提供的能量密度是鋰離子電池的兩倍多，但這種出色的性能在不到100次充放電循環(huán)內(nèi)就會迅速消失。

在最新研究中，科學家們在這方面取得了突破。該團隊的解決方案涉及改變電解質(zhì)，鋰離子通過這種液體在陰極和陽極之間移動來實現(xiàn)充放電。最新研究成果已于近期發(fā)表在了《自然通訊》雜志上。

在鋰金屬電池中，電解質(zhì)是一種由溶解在溶劑中的含鋰鹽組成的液體。短循環(huán)壽命問題的根源在于，在最初的幾個循環(huán)中，電解液沒有在陽極表面形成足夠的保護層。這一層也被稱為固體電解質(zhì)界面（SEI），它的作用就像一個守護者，允許鋰離子自由進出陽極，分別為電池充電和放電。

該團隊發(fā)現(xiàn)了一種新的氟化物溶劑，可以在數(shù)百次循環(huán)中保持堅固的保護層。它將帶正電的氟化組分（陽離子）與帶負電的不同氟化組分（陰離子）偶聯(lián)。這種組合就是科學家們所說的離子液體——一種由正離子和負離子組成的液體。

Zhang說：“我們新電解質(zhì)的關鍵區(qū)別在于，在離子液體陽離子部分的環(huán)狀結構中，氟取代了氫原子。這對于保持數(shù)百次循環(huán)的高性能至關重要。”

研究人員們還表示，他們能夠調(diào)整氟溶劑與鋰鹽的比例，以創(chuàng)建具有最佳性能的鍍層，包括SEI厚度，既不太厚也不太薄。多虧了這一保護層，鋰離子可以在充電和放電過程中有效地進出電極數(shù)百次循環(huán)。

此外，該團隊的新電解質(zhì)還有許多其他優(yōu)點。它的成本很低，因為它只需一個簡單的步驟，而不是多個步驟。它是環(huán)保的，因為它使用的溶劑少得多，溶劑是揮發(fā)性的，會將污染物釋放到環(huán)境中。而且它更安全，因為它不易燃。

“使用我們的氟化陽離子電解質(zhì)的鋰金屬電池可以大大促進電動汽車行業(yè)，”Zhang說，“毫無疑問，這種電解質(zhì)的實用性可以擴展到鋰離子電池以外的其他類型的先進電池系統(tǒng)。”