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可使固体聚合物电解质渗透到预制氟化铁电极中

文章作者:巴黎人-软件应用 上传时间:2019-11-15

未来,研究人员将继续改进和开发新的固体电解质,以实现快速充电,并在新设计中融合固体和液体电解质,以与大型电池工厂中使用的传统电池制造技术完全兼容。

Yushin所在实验室的研究科学家Kostiantyn Turcheniuk表示:“我们使用的聚合物电解质非常普遍。但是,还有很多固态电解质,以及电池或电极结构,比如核壳粒子形态,同样能够明显减弱甚至完全防止寄生副反应发生,实现稳定的性能特征。”

卡内基梅隆化学系华纳大学自然科学教授Krzysztof Matyjaszewski说:“将金属锂阳极结合到锂离子电池中,理论上有潜力创造出比石墨阳极电池更大容量的电池。但是,我们需要做的最重要的事情是确保我们生产的电池是安全的。”

研究人员测试了新型固态电池的几种变体,以分析其在50℃高温下超过300次充电和放电循环的性能。结果发现,增强电池性能的关键是固体聚合物电解质。当与固体聚合物电解质一起使用时,即使在高温下,金属氟化物也显示出非凡的稳定性。这有望带来更安全、更轻和更便宜的锂离子电池。此外,氟化铁的锂容量是传统钴基或镍基阴极的两倍多。而且铁比钴便宜300倍,比镍便宜150倍。

为了生产这种正极,研究人员专门开发出一种制造工艺,可使固体聚合物电解质渗透到预制氟化铁电极中。接着,对整个结构进行热压,以增加密度并减少空隙。这种基于聚合物的电解质具有两大核心特色,那就是它在循环过程中具有弯曲性,能够适应氟化铁溶胀;而且,可以与氟化铁形成非常稳定且有弹性的界面。在以往电池设计中,使用氟化铁会出现溶胀和大量的副反应,这一直是关键性问题。

跨学科研究小组将他们的发现发表在最新一期的《焦耳》杂志上。

(原标题:锂电池新设计或减少对稀有金属依赖)

Yushin表示:“利用氟化铁制造的正极具有高密度、低成本等优点,而且铁的储量丰富,所以这种正极拥有广阔的发展前景。但是,以前采用这种电极,在循环过程中,会出现数量变化和液体电解质寄生副反应,以及其他性能衰退问题,限制其使用。采用弹性固体电解质,可以有效解决这些问题。”

卡内基梅隆聚合物化学和材料科学的领导者Matyjaszewski和卡内基梅隆大学威尔顿.E.斯科特能源创新研究所所长、工程学院能源学教授Jay Whitacre进行合作,后者以开发新能源技术而闻名。李和王创建了一种双导电聚合物/碳复合材料基体,锂微粒均匀分布在整个基体中。基质在室温下保持流动,这使得它能够与固体电解质产生足够的接触。通过将半液态金属阳极与石榴石基固体陶瓷电解质结合,他们能够在比采用固体电解质和传统锂箔阳极的电池高10倍的电流密度下循环电池。这种电池的循环寿命也比传统电池长得多。

据最新一期的《自然?材料》报道,为了开发锂基电池的替代品,减少对稀有金属的依赖,美国佐治亚理工学院研究人员开发出一种有前景的新型阴极和电解质系统,用低成本的过渡金属氟化物和固体聚合物电解质代替昂贵的金属和传统的液体电解质。

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作者:Carnegie Mellon University

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