你可能听过“锂电池”,也可能听过“氢能源”,但“锂氧电池”(Li-O₂ battery)这个名字,听起来似乎有些陌生。事实上,这是一种被认为可能颠覆未来能源格局的电池类型——它的理论能量密度是传统锂电池的十倍左右,用得好,手机待机一周、汽车跑1000公里不是梦。但遗憾的是,锂氧电池虽然“天赋异禀”,现实中的表现却有点“玻璃心”:寿命短、效率低,还容易出问题。科学家们一直在努力想办法“驯服”它。而最近,一个看似不起眼的材料——普鲁士蓝,正在悄悄成为解决这些难题的关键。
说起“普鲁士蓝”,有人会想到美术课上调出来的那种深邃的蓝色颜料,没错,这玩意儿其实早在1704年就被发明出来了。它不仅能画画,还能净水、治疗铊中毒,甚至用于放射性物质清除。到了今天,它又多了一个身份——新能源电池材料的“潜力股”。
为什么是它?简单来说,普鲁士蓝拥有非常规则的晶体结构,像一个天然的“分子筛”,可以稳定地吸附和释放离子。它的导电性也不错,颗粒纳米化后还能拥有更大的表面积,能量转移更高效——这简直就是给电池“量身定做”的优点。
目前,中新康明已能够成熟制备并定制不同粒径、不同纯度的普鲁士蓝纳米颗粒产品,具备大批量合成和稳定供应的能力,能够满足科研与产业级别对高性能材料的多样化需求。在实际应用端,我们也持续拓展其在电池、新能源及催化等领域的综合应用,欢迎有相关需求的单位进行合作交流。
最近有研究者开了个脑洞:如果我们不再把普鲁士蓝当作传统的电极材料使用,而是把它“丢”进电解液中,让它以悬浮颗粒的形式存在,会不会发生点有趣的事?
事实证明,这个想法非常惊艳。研究团队采用水热法合成了尺寸均匀、晶体完美的普鲁士蓝纳米颗粒,并将它们均匀分散在锂氧电池的电解液中。结果?电池立刻“聪明”了起来。
原本循环不过几十次的锂氧电池,使用含1.5 mg/mL普鲁士蓝的悬浮电解液之后,循环寿命直接飙升到400多次,充电时的电压也大大降低了。这意味着:电池不仅耐用,还更省电,更安全。
其实,普鲁士蓝在这里起到了“双重助攻”的作用。
一方面,它能有效保护锂金属负极,防止金属锂在反复充放电中形成树枝状的“锂枝晶”,这些“锂枝晶”像电池中的“刺客”,可能刺穿隔膜,引发短路甚至安全事故。而普鲁士蓝的加入能诱导锂更均匀、平滑地沉积,极大提高了安全性。
另一方面,锂氧电池的正极在放电过程中会生成一种叫Li₂O₂的放电产物,这东西如果堆积得太多,会堵住电极让电池“窒息”。普鲁士蓝悬浮在电解液中,像个灵活的“清道夫”,可以加速这些产物的分解与去除,保证正极能不断地进行氧气反应,维持电池的循环活力。
最打动人的,其实是这个故事背后的材料魅力。普鲁士蓝从18世纪的染料,到现代的医疗辅助材料,再到如今的电池功能“增强剂”,它跨越了三个世纪,还在不断进化。很多时候,我们对新材料的追求总是“越贵越好”,但像普鲁士蓝这样,成本低、合成简单、绿色环保,又能发挥超强功能的材料,才是真正值得期待的可持续未来答案。
锂氧电池还在发展的路上,但随着普鲁士蓝这类“老朋友”被赋予新使命,也许,我们离下一代高能量、长寿命、安全可靠的超级电池,又近了一步。