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高性能納米結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)被美國(guó)成功研發(fā)

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1241次  |  2020年07月08日  

近日,美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家表示,他們首次成功地為較高能量密度的鋰離子電池開發(fā)出高性能納米結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)。太陽能和風(fēng)能具有間斷性特點(diǎn),新研究為利用這些可再生能源給電動(dòng)汽車電池和儲(chǔ)能電池充電奠定了基礎(chǔ)。


迄今為止,鋰離子電池依靠存在于電池正負(fù)兩極間的液體電解質(zhì)傳導(dǎo)離子。而由于液體電解質(zhì)易燃,特別是在研發(fā)體積更小而儲(chǔ)能更高的電池時(shí)更是如此,因而人們希望尋找到具有固體電解質(zhì)的電池,以解決電池安全問題和尺寸限制。


橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家、固體電解質(zhì)電池項(xiàng)目研究帶頭人梁成都(音譯)說,為獲得更安全且重量輕的電池,在最初設(shè)計(jì)時(shí)就要將安全問題牢記在心。在研究時(shí),他們從電池系統(tǒng)中具有高穩(wěn)定性的常規(guī)材料入手,特別是與鋰金屬陽極相容的材料。使用純鋰金屬作為陽極的電池與現(xiàn)在使用碳基陽極的電池相比,前者所供應(yīng)的電能有望是后者的5至10倍。梁成都表示,高活性鋰金屬在易燃的液體有機(jī)電解質(zhì)中進(jìn)行充放電循環(huán)暗藏著嚴(yán)重的安全問題,固體電解質(zhì)能夠讓鋰金屬在安全的環(huán)境中完成好充放電循環(huán)過程。


研究小組通過對(duì)名為鋰硫代磷酸鹽進(jìn)行加工,開發(fā)出固體電解質(zhì),它的離子傳導(dǎo)能力是其自然塊狀傳導(dǎo)能力的1000倍。他們?cè)诩庸や嚵虼姿猁}時(shí),采用了納米構(gòu)建化學(xué)處理方法,改變了原材料的結(jié)構(gòu)。


研究論文合作者亞當(dāng)•榮迪農(nóng)介紹說,可以將鋰硫代磷酸鹽的加工前后視為石英晶體塊與精細(xì)海灘沙子的比較,加工后的電解質(zhì)與原材料總量相同,但是卻是非常細(xì)小粒子的組合。固體電解質(zhì)為納米量級(jí)的粒子構(gòu)成,與原來的晶體結(jié)構(gòu)相比,具有極強(qiáng)的離子傳導(dǎo)能力。


現(xiàn)在,科學(xué)家正在對(duì)實(shí)驗(yàn)性固體電解質(zhì)充電電池進(jìn)行測(cè)試,同時(shí)等待其研究成果的專利獲得審批。榮迪農(nóng)認(rèn)為,由于采用了室溫且以溶液為基礎(chǔ)的化學(xué)反應(yīng)加工途徑,因此這種固體電解質(zhì)能夠十分容易地實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)。


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