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研究人员发明新涂层与固态复合物电极,提高锂电池的容量与安全

发布日期:2020-08-02 15:13浏览次数:
据外媒报导,美国斯坦福大学和SLAC国家加速器实验室的研究人员公开发表在《焦耳》杂志上的一项研究认为,他们发明者了一种新的涂层,可以使轻量金属锂电池安全性长久,这将引导下一代电动汽车的问世。在实验室测试中,涂层明显缩短了电池的寿命,它还通过很大地容许击穿电池正负极之间隔板的析锂来处置自燃问题。研究人员认为,金属锂电池每磅的能量最少比锂离子电池多三分之一,而且十分重,因为它们用于轻量锂作为带上正电荷的一端,而不是更加轻的石墨。

研究人员发明新涂层与固态复合物电极,提高锂电池的容量与安全

如果金属锂电池更加可信,从笔记本电脑到手机,这些便携式电子产品都能借此获益,但确实的收益来源将是汽车。电动汽车仅次于的阻力是电池就占有了成本的四分之一,这看清电动汽车生产成本的核心问题。传统锂离子电池的容量早已发展到了无限大,因此,研发新型电池以符合现代电子设备的高能量密度拒绝至关重要。斯坦福大学和SLAC的研究小组在一个标准金属锂电池的正电荷末端(称作阳极)上测试了它们的涂层,正电荷末端一般来说构成析锂。最后,他们将类似涂层的阳极与其他市场上可购买的组件融合一起,建构出有一种几乎可运营的电池。经过160次循环用于后,他们的金属锂电池仍能获取第一次循环时85%的电能。普通的金属锂电池在如此多次循环后不会大约不能获释大约30%的能量,即使它们会发生爆炸,起到也并不大了。这种新的涂层通过构成一个分子网络来制止析锂的构成,这个网络可以将电荷的锂离子均匀分布地输送到电极上。它可以避免这些电池再次发生不必要的化学反应,还可以增加阳极上的化学物质积存以防止它们毁坏电池的供电能力。研究小组目前正在改良其涂层设计,以便在更好周期内测试电池及提升容量维持亲率。固态复合物电极顶级学术期刊《Matter》8月刊出中国科学技术大学的马骋教授和他的合作者近期成果。该成果明确提出一种新策略,可以有效地解决问题下一代固态锂电池中电极材料和固态电解质认识劣这一关键问题,制备出有的固态复合物电极展现出色的容量和倍率性能。当前主流锂电池用于液态电解质,不存在发生爆炸等安全隐患,且特定体积内需要储存的能量受限,但能解决问题这些问题的下一代固态锂电池仍不存在很多仍未攻下的难题。用固态电解质更换传统锂离子电池中的有机液态电解质可以很大减轻安全性问题,且未来将会突破能量密度的“玻璃天花板”。然而,主流电极材料也是固态物质,由于两种固态物质之间的认识完全不有可能像宜-液认识那样充份,目前用于固态电解质的电池难以实现较好的电极-电解质认识,电池整体性能也并不令人满意。马骋团队及其合作者通过对一种经典钙钛矿结构的固态电解质中的杂质互为展开原子级观测,虽然杂质和固态电解质结构迥异,研究者却仔细观察到他们的原子在界面处能以互相外延的形式化学键。经过一系列精细的结构和化学分析,研究者找到这一杂质相和高容量的丰锂层状物电极结构完全相同。利用仔细观察结果,研究者将成分和钙钛矿固态电解质完全相同的非晶粉末在富锂层状物颗粒的表面制成结晶,顺利地在新的复合物电极中构建两种固态材料间充份、密切的认识。解决问题了电极-电解质认识问题,这种固-固复合物电极的倍率性能可以和宜-液复合物电极相媲美。更加最重要的是,研究者还找到这种外延的宜-固认识可以忽视相当大的晶格错配,因此他们明确提出的策略可限于于多种钙钛矿固态电解质和层状电极。

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