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[技术] 探寻“锂离子充电电池之后的新电池”(二):用离子液体让电池工作

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发表于 2009-11-7 04:13:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
2009/11/06
锂-空气电池首次实用化

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图1:关西大学和Elec Cell试制的电池第一工业制药开发了对其中使用的FSI进行高纯度生产的方法。(点击放大)
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图2:离子液体常温下粘性也很低的普通液体,接近火也不会燃烧。(点击放大)
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图3:TFSI的结构两侧为CF3。(点击放大)
用离子液体让电池工作

  要弃用有机溶媒,第一途径就是将电解质改为离子液体。关西大学化学生命工学部化学及物质工学系教授石川正司展开了将离子液体应用于锂离子充电电池的研究,宣布要对电解质等各项要素逐一进行分析,为此已联手第一工业制药、Elec Cell等公司,验证包括正极在内的各关键要素,确认电池工作性能(图1)。可以说,在使用离子液体的电池方面,这是首例有关工作验证的发表。

  这里所说的离子液体是一种常温液相盐,也就是低融点的盐(图2)。由于为100%离子状态,因此可充分发挥电解质作用。

  普通的盐,比如NaCl,在高温下也会溶化。但其融点高达801℃,并不实用。常温下液相的盐在自然界并不存在,只能人工制造。

  此前曾有数项“此类物质容易形成离子液体”的学说被提出来过。在构成盐的正、负离子的组合中,迄今最被看好的负离子是名为TFSI(Tri Fluoro Methyl Sulfonyl Imide)的物质,但这种物质并不具备能够供电池使用的特性。

  另一种学说认为,“电荷密度高的物质容易出现结晶,难以形成离子液体”。这种看法的原因在于,电荷密度一高,通过电荷的作用会使相邻离子结合,变得不再是离子。在电荷相同的情况下,离子越大,电荷密度就越小,越容易用于制备离子液体。而Na+、Cl-等单原子的离子较小,电荷密度较大,因此不适于该用途。

  根据上述学说,TFSI便被业内看好。从结构来看,TFSI的中央带有N,两侧带有S,并且外侧带有CF3(图3)。在此省略对该物质的化学特性的详细说明,但要提到一点是,F拉动电荷的力量较大。由于电荷整体为1,因此可近似地认为中央的N存在电荷,不过,就概率而言,两侧的CF3也存在部分电荷。所以,电荷不会集中到中央,电荷密度由此下降。(未完待续,记者:滨田基彦)


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