无论是在传统行业还是新型行业中,基本上都可以看到沸石的身影。最新研究发现,沸石应用在锂离子电池中后可以在低温的环境中正常运行。由于其高能量密度和长循环寿命,锂离子电池广泛应用于从小家电到汽车的所有领域。但它的弱点是易受寒,在0℃以下的低温环境下电池性能明显下降。因此,它不适合太空探索或在极寒地区使用。中科院和天津大学的一个研究团队通过在锂离子电池的负极中使用带有凸块的碳基材料——天然沸石,显著提高了锂离子电池的低温性能。即使在温度远低于冰点的极寒地区也可以延长电池寿命。
在锂离子电池中,当温度下降时,电解液会变得粘稠或冻结,从而导致电池性能下降。然而,已知即使不使用液体电解质的类型也容易受到低温的影响。此外,之前的研究表明,锂离子在高温下很容易结合到负极中,但在低于 0°C 的温度下不太可能结合到负极中。石墨是一种具有平面结构的碳基材料,在许多锂离子电池中用作负极。因此,研究小组决定调查改变负极表面结构是否会影响电池的性能。
首先,将含有钴(ZIF-67)的沸石在超高温下加热,以产生碳基十二面体碳纳米球。这些纳米球由于其不平坦的表面而适用于电荷转移。当我们使用碳基纳米球作为负极、锂金属作为正极来制作纽扣电池原型时,发现即使在低至 -20°C 的温度下,它也能在室温下保留 85.9% 的电量,这表明稳定。考虑到普通锂离子电池很难在-20℃下充电,这是一个了不起的成就。此外,即使在-35°C的低温环境下也可以充电,几乎可以100%释放捕获的电荷。
这样通过使用特殊形状的沸石作为锂离子电池的负极,解决了锂离子电池的最大问题。有望提高全球范围内使用的产品的性能,例如智能手机和电动汽车,并在极寒地区使用锂离子电池,这在以前是不可能的。