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弹性聚合物电解质使新锂离子电池设计具备可能性

发布日期:2019-09-11 作者:责任编辑NO。许安怡0216

研讨人员Gleb Yushin与Kostiantyn Turcheniuk。

近年来,锂离子电池受欢迎程度越来越高,这给全球的钴、镍供给带来了巨大压力。作为锂离子电池中不可或缺的两种金属,镍和钴的价格已开端飙升。据rh.gatech.edu网站9月9日报导,为了下降锂电池对稀有金属的依赖性,美国佐治亚理工学院的研讨人员开发出了一种极具运用远景的新阴极和电解质系统,有望代替现在运用的贵重金属和传统电解质。佐治亚理工学院资料科学与工程学院教授Gleb Yushin标明:“长期以来,过渡金属氟化物制成的电极一向存在安稳性较差和快速失效等缺点。这导致人们对它们能否用于下一代电池持怀疑态度。咱们的研讨标明,金属氟化物在与固体聚合物电解质合作运用时,在高温下体现出了特殊的安稳性。这或许促进更安全、更轻、更廉价的锂离子电池的诞生。”

在典型的锂离子电池中,能量经过锂离子在阳极和阴极之间的搬运而开释。其间,阴极一般由锂和过渡金属(钴、镍和锰等)构成。Yushin教授等在《天然 资料学》杂志中宣布的论文,以氟化铁活性资料和固体聚合物电解质纳米复合资料制备了一种新式阴极。新式氟化铁阴极的锂容量是传统钴或镍阴极的两倍多,但铁的价格却仅为钴的三百分之一,镍的一百五十分之一。

为了制作新式阴极,研讨人员开发了将固体聚合物电解质进入预制氟化铁电极的工艺。随后,他们对阴极结构进行全体热压,以进步密度,削减空地。聚合物电解质的首要长处在于,它在循环过程中能够包容氟化铁的胀大,并与其构成安稳、灵敏的界面。Yushin说:“此前,科学家们尽管发现了氟化铁阴极的巨大潜力,但其在循环过程中的体积改变、与液体电解质的副反应等问题对实践运用构成了极大约束。咱们开发的弹性固体电解质能够处理这些问题。”

研讨人员对多种新式固态电池进行了测验,剖析了它们在122华氏度高温下充放电300余次时的功用。结果标明,即便在室温下,它们的功用也优于此前的金属氟化物功用。Yushin教授等以为,进步电池功用关键因素之一是电解质。此前,人们以为金属离子迁移到阴极外表后会溶解于液体电解质中,导致容量丢失。这种状况在高温下体现得尤为杰出。此外,当电池的温度高于100华氏度时,金属氟化物会对液体电解质发生催化分化作用。改用固态电解质和新阴极,溶解和分化状况就简直绝迹了。研讨人员Kostiantyn Turcheniuk解说说:“咱们运用的聚合物电解质尽管很常见,但它能够有用避免副反应,增强电池安稳性。”

接下来,研讨人员的方针首要包含:新开发及改善固体电解质,使其满意快充功用;将固体电解质和液体电解质有机结合后融入新设计中,以使其与大型电池工厂运用的传统电池制作技能兼容。

科界原创

编译:德克斯特

审稿:alone

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