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水性电解质
RANGE计划中研究的电动车电池的三种化学催化剂之一就是水性电解液。这类电解液并不采用电极“浸泡”在电解液里的方式,而是采用外部存储,时刻准备着发生化学反应产生电能。
“概念上来说,这些可替代电化学物质与传统理论相悖,一般认为流体电池的能量密度不足以支持电动车的行驶里程要求,并且其体积会非常大。”Liu表示:“我们从通用电气公司(GE)和劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)收到了奇妙的提议,在流体电池中采用不同的化学催化剂,实现更高的能量密度。”
通用电气与伯克利国家实验室将在明年制造一款原型电池以验证这项提议。这项基于水性电解质的方案中采用无机材料,传递过程中可携带不止一个电子,能量密度有所提升。能量被经过部分氧化的高能有机化学液提取,从而形成稳定、不含氢的化合物。特殊的电化学催化剂将直接从电池正极提取载荷电子,在此过程中不产生氢气。离子与负极氧气分子结合产生电能,附带产物是水。
Liu还指出了另一种“多电子”水溶液,目前该项目由美国马里兰大学和陆军实验室负责研发。根据该大学描述,这款采用纳米材料的电池将采用双离子混合交互的模式将电池电压从1.2伏提升到2.5至3伏,此外电池容量也扩大了1倍。
无水性电解质
RANGE计划的另一些研究项目是关于无水性电解质(含有挥发性化合物)的研究。项目经理表示,虽然此类电池系统的维护成本偏高,但依旧可以从其他方面的收益进行抵消。
伊利诺理工大学(Illinois Institute of Technology)与阿贡国家实验室就此进行合作。他们研发出一种纳米电解质,其中含有大量纳米颗粒,可以实现高能量密度的同时保证稳定性和低阻流。
固态电池
RANGE计划的第三类研究重点就是固态电池。固态电解质中载荷子(质子和电子)不像液态电解质中通过性那么好。目前相关的技术仍未得到突破。
马里兰大学固态氧化物燃料电池技术教授Eric Wachsman将其开发的多层薄膜陶瓷加工技术(multilayer thin-film ceramic processing)用于制造一个具有高导电率的全新锂离子固态电解质。固体锂离子电解液和高压负极集成于一个特制的纳米架构中。Wachsman教授的最终目的是希望通过这项方法制造出重量轻、寿命长的固态电池。
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