双离子电池有望解决电动汽车的续航问题

本文摘要：锂离子电池比能量低，循环性能好，在消费电子领域获得了极大的顺利，但是锂离子电池也是低成本的代名词，特别是在电动汽车这种对锂离子电池具有极大市场需求的领域，对锂离子电池的成本将更为脆弱。但是受限于原材料价格低企，尤其是碳酸锂、Co和Ni等原材料在近期都有较大幅的价格上涨，锂离子电池目前的成本减少的空间受限。

锂离子电池比能量低，循环性能好，在消费电子领域获得了极大的顺利，但是锂离子电池也是低成本的代名词，特别是在电动汽车这种对锂离子电池具有极大市场需求的领域，对锂离子电池的成本将更为脆弱。但是受限于原材料价格低企，尤其是碳酸锂、Co和Ni等原材料在近期都有较大幅的价格上涨，锂离子电池目前的成本减少的空间受限。为了减少单位Wh的成本，人们研发了多种低能量密度的蓄电池，例如Li-O2电池，理论比能量平均3600Wh/kg(2Li++O2+2e-=Li2O2，2.96VvsLi/Li+)，远高于锂离子电池，并且具备环境友好等特点。

为了更进一步降低成本，人们还以Na，Zn等替代金属Li，研发Na-O2和Zn-O2电池，目前这些技术还都处在基础技术研发阶段，目前主要研究主要集中于在金属-电解液界面研究和静电产物研究等方面，其中Li-O2电池研发可玩性较小，研究较为充份，有期望能在短期内展开应用于。此外Li-S电池也是研究的热点，S的理论比容平均1672mAh/g，理论比能量超过2600Wh/kg，虽然逊色于Li-O2电池，但也要相比之下低于锂离子电池。目前Li-S电池不存在的主要问题是，S的导电性劣，相似绝缘体，体积收缩大(80%)，S负极的金字锂产物不会沉淀在电解液里，在正负极之间来回，造成容量较慢衰降，循环和储存性能劣。

目前锂离子电池上常用的酯类电解液由于不存在较多的副反应而无法在Li-S电池上应用于，所以Li-S电池一般使用醚类电解液，造成电池的高温性能很差。为了解决上述问题，研究者分分使用S纳米化、表面外壳改性和全新的固态电解质等方法解决，目前Li-S电池的研究早已获得了许多最重要的进展，因此Li-S电池也是最有期望在短期内代替锂离子电池的高比能储能体系。

储能领域根本都不缺少搅局者，最近几年新兴的双离子电池就是其中之一。与锂离子电池的正负极之间只有Li+在参与反应有所不同，双离子电池的电池的过程中，阴离子在电场的起到下向阳极迁入，映射到阳极结构之中，阳离子向阴极迁入，映射到阴极之中，静电的过程则与之忽略，阳极和阴极中的离子瞬，返回电解液中，完全恢复电解液的浓度。

目前双离子电池用于的负极材料主要是石墨材料，只不过阴离子需要映射到石墨结构中早在1938就由Ru?dorff和Hofmann找到，但是由于阴离子的映射电势较高，因此早期的双离子电池的电解液用于高浓度的酸溶液作为电解液，这不会带给相当大的安全隐患。直到90年代，随着锂离子电池的商业化应用于，人们找到如果将锂离子电池的负极更换为需要映射阴离子的石墨类材料，可以取得较高电压的双离子电池。随后的几十年人们开始对双离子电池进行了了解的研究，尤其是对阴离子映射到石墨结构中的机理展开了了解的研究「1」。

右图是一些少见的应用于在双离子电池的电解液和它们在有所不同的石墨材料中的映射电势「2」，从这张表上我们可以注意到，少见的PF6+酯类电解液在双离子电池中，PF6映射到石墨结构中的电势都超过5V以上，这也造成了一个不利的问题——低电压造成的电解液不平稳，从而使得电池在循环中库伦效率持续上升，循环性能较好。近年来随着离子液体技术的大大发展，离子液体的高热稳定性，低粘度和长电化学窗口，让我们看见了双离子电池的期望。

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