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高能量密度全固態(tài)電池的研究獲突破

2019-02-14 02:24:30靳愛民
石油煉制與化工 2019年7期
關(guān)鍵詞:傳導(dǎo)性氫化物全固態(tài)

以鋰金屬為負極的全固態(tài)電池有發(fā)展?jié)摿?,可以解決傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度不足的問題。到目前為止,由于鋰離子遷移阻抗大,實際固態(tài)電池的應(yīng)用一直受到限制,這主要是由于與鋰金屬接觸的固體電解質(zhì)不穩(wěn)定所致。

來自日本東北大學(xué)和高能加速器研究機構(gòu)的科學(xué)家們開發(fā)了一種新的復(fù)合氫化鋰超離子導(dǎo)體,這種導(dǎo)體可以制造出迄今為止能量密度最高的全固態(tài)電池。研究人員表示,通過對氫團簇(復(fù)合陰離子)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計得到了這種新材料,在與鋰金屬接觸時顯示有很高的穩(wěn)定性,鋰有可能成為全固態(tài)電池的負極材料。這種與鋰金屬接觸的新型固體電解質(zhì)表現(xiàn)出高的離子傳導(dǎo)性和高的穩(wěn)定性,因此對于使用鋰金屬負極的全固態(tài)電池來說,這是一個真正的突破。

日本東北大學(xué)信一研究所的Sangryun Kim表示:預(yù)計這一發(fā)展不僅將激發(fā)今后尋找基于復(fù)合氫化物的鋰超離子導(dǎo)體的努力,而且還將在固態(tài)電解質(zhì)材料領(lǐng)域開辟一種新方向,由此可能引導(dǎo)人們開發(fā)出高能量密度的電化學(xué)設(shè)備。

大多數(shù)現(xiàn)有的固體電解質(zhì)化學(xué)性質(zhì)或電化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,并且(或)與鋰金屬的接觸不良,不可避免地在界面上引起不必要的副反應(yīng)。這些副反應(yīng)增加了界面電阻,大大降低了電池在重復(fù)使用過程中的性能。過去采用鋰合金和界面改性等策略的研究表明,由于鋰金屬負極本身與電解液間的熱力學(xué)反應(yīng)活性高,電池性能逐漸退化的過程很難解決。以鋰金屬為負極的主要挑戰(zhàn)是固體電解質(zhì)的高穩(wěn)定性和高鋰離子傳導(dǎo)性。

Sangryun Kim還表示:由于與鋰金屬負極接觸的電解質(zhì)具有優(yōu)異的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性,在解決與鋰金屬陽極相關(guān)問題方面,復(fù)合氫化物受到了很多關(guān)注。但由于較低的離子傳導(dǎo)性,所以在實際電池中從未嘗試使用復(fù)合氫化物作為電解質(zhì)、鋰金屬作為負極。因此,我們非常樂觀地預(yù)測,如果開發(fā)出在室溫下制備鋰的超離子導(dǎo)體復(fù)合氫化物的技術(shù),就有可能以鋰作為負極。

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