財聯社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現了一種氟化物電解質，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次充放電循環內就會迅速消失。

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，鋰離子通過這種液體在陰極和陽極之間移動來實現充放電。最新研究成果已于近期發表在了《自然通訊》雜志上。

在鋰金屬電池中，電解質是一種由溶解在溶劑中的含鋰鹽組成的液體。短循環壽命問題的根源在于，在最初的幾個循環中，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。

該團隊發現了一種新的氟化物溶劑，可以在數百次循環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。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：“我們新電解質的關鍵區別在于，在離子液體陽離子部分的環狀結構中，氟取代了氫原子。這對于保持數百次循環的高性能至關重要。”

研究人員們還表示，他們能夠調整氟溶劑與鋰鹽的比例，以創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百次循環。

此外，該團隊的新電解質還有許多其他優點。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。它是環保的，因為它使用的溶劑少得多，溶劑是揮發性的，會將污染物釋放到環境中。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的鋰金屬電池可以大大促進電動汽車行業，”Zhang說，“毫無疑問，這種電解質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。”