盖世汽车讯 为了防止牙齿腐烂，很多牙膏中含有氟化钠成分。实际上，这样的含氟化合物还有其他用途。据外媒报道，美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的研究人员发现一种氟化物电解液，有助于防止下一代电池性能减退。

（图片来源：阿贡实验室）

阿贡化学科学和工程部门团队负责人Zhengcheng (John) Zhang表示：“新一代电动汽车电池即将出现，并超越锂离子电池。”

相对于锂离子电池来说，非锂离子电池中给定体积或重量的化学物质，可以提供两倍甚至更多的能量，从而延长汽车的续航距离。有朝一日，这些电池甚至可用于为长途卡车和飞机提供动力。大量使用这样的电池，或将有助于解决气候变化问题，但是这类电池的高能量密度会随着反复充放电而迅速下降。

其中主要竞争者之一是锂金属电池。这种电池采用由锂金属制成的负极，取代通常用于锂离子电池的石墨负极，而正极是一种含有镍、锰和钴（NMC）的金属氧化物。相比于锂离子电池，这种电池可以提供两倍以上的能量密度，但在不到100个充放电周期内，其出色的性能就会迅速衰退。

该团队的解决方案包括改变电解液（锂离子通过电解液在正负极之间移动以实现充放电）。锂金属电池中使用的电解液由溶解在溶剂中的含锂盐组成。导致电池循环寿命短的根源在于，在最初的几个循环中，电解液没有在负极表面形成足够的保护层，即固体电解质界面（SEI）。在电池充放电过程中，该层起着守护者的作用，使锂离子可以自由进出负极。

该团队发现了一种新的氟化物溶剂，可以在数百个循环中使保护层保持稳固。将带正电的氟化成分（阳离子）与带负电的不同的氟化成分（阴离子）偶联，从而形成离子液体，即由正离子和负离子组成的液体。Zhang表示：“新电解液的主要不同之处在于，用氟取代离子液体阳离子部分环状结构中的氢原子。在测试过程中，这使金属锂电池变得完全不同，可以保持数百次循环的高性能。”

该团队利用阿贡领导计算设施（ALCF）的高性能计算资源，从原子层面深入了解导致这种差异的潜在机制。Theta超级计算机模拟表明，无论何时，在充放电循环之前，氟阳离子会粘附并积聚在正、负极表面。然后，在早期循环阶段会形成弹性SEI层，优于以前的电解液。

阿贡国家实验室和西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）的高分辨率电子显微镜显示，正、负极上SEI层具有高度保护性，有助于稳定循环。该团队可以调整氟化物溶剂与锂盐的比例，以创建最佳性能层，包括合适的SEI厚度。受益于该层体，锂离子可以有效地流入和流出电极，实现数百次充放电循环。

新型电解液还具有其他诸多优势。首先是成本很低，通过单一步骤即可实现很高的纯度和产量；其次是环保性，因为使用的溶剂要少得多（溶剂具有挥发性，可能释放环境污染物）；另外，这种电解液不易燃，更加安全。Zhang表示：“在锂金属电池中采用氟化阳离子电解液，有望推动电动汽车行业迅速发展。除了锂离子电池，这种电解液也可用于其他类型的先进电池系统。”