無論是在傳統行業還是新型行業中,基本上都可以看到沸石的身影。最新研究發現,沸石應用在鋰離子電池中后可以在低溫的環境中正常運行。由于其高能量密度和長循環壽命,鋰離子電池廣泛應用于從小家電到汽車的所有領域。但它的弱點是易受寒,在0℃以下的低溫環境下電池性能明顯下降。因此,它不適合太空探索或在極寒地區使用。中科院和天津大學的一個研究團隊通過在鋰離子電池的負極中使用帶有凸塊的碳基材料——天然沸石,顯著提高了鋰離子電池的低溫性能。即使在溫度遠低于冰點的極寒地區也可以延長電池壽命。
在鋰離子電池中,當溫度下降時,電解液會變得粘稠或凍結,從而導致電池性能下降。然而,已知即使不使用液體電解質的類型也容易受到低溫的影響。此外,之前的研究表明,鋰離子在高溫下很容易結合到負極中,但在低于 0°C 的溫度下不太可能結合到負極中。石墨是一種具有平面結構的碳基材料,在許多鋰離子電池中用作負極。因此,研究小組決定調查改變負極表面結構是否會影響電池的性能。
首先,將含有鈷(ZIF-67)的沸石在超高溫下加熱,以產生碳基十二面體碳納米球。這些納米球由于其不平坦的表面而適用于電荷轉移。當我們使用碳基納米球作為負極、鋰金屬作為正極來制作紐扣電池原型時,發現即使在低至 -20°C 的溫度下,它也能在室溫下保留 85.9% 的電量,這表明穩定??紤]到普通鋰離子電池很難在-20℃下充電,這是一個了不起的成就。此外,即使在-35°C的低溫環境下也可以充電,幾乎可以100%釋放捕獲的電荷。
這樣通過使用特殊形狀的沸石作為鋰離子電池的負極,解決了鋰離子電池的最大問題。有望提高全球范圍內使用的產品的性能,例如智能手機和電動汽車,并在極寒地區使用鋰離子電池,這在以前是不可能的。