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佐治亞理工學(xué)院開發(fā)混合陶瓷聚合物電解質(zhì) 以提高固態(tài)電池的安全性和性能
日期:2023-06-08   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
目前常用的鋰離子電池采用電解液,如果受到損壞,很容易發(fā)生熱失控和起火。據(jù)外媒報(bào)道,未來基于陶瓷-聚合物混合電解質(zhì)的固態(tài)鋰離子電池,有望提供更大的儲(chǔ)能、更快的充電速度、更高的電化學(xué)和熱穩(wěn)定性,同時(shí)克服早期固態(tài)電池存在的諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。

佐治亞理工學(xué)院(Georgia Tech)的研究人員致力于加深對(duì)混合電解質(zhì)的基本理解。這些成分在電極之間傳遞電荷,從而產(chǎn)生電流,使電池可以為電動(dòng)汽車供電,然后再充電。佐治亞理工學(xué)院研究所(GTRI)首席研究科學(xué)家Ilan Stern表示:“研究人員已證明可以制造這些混合固態(tài)電解質(zhì),并將其置于紐扣電池中,以展示高性能和高穩(wěn)定性。此項(xiàng)研究表明,基于這些陶瓷-聚合物混合材料有望實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池創(chuàng)新。下一步是將這項(xiàng)技術(shù)整合到電動(dòng)汽車使用的軟包電池中。”

研究人員探討一種名為磷酸鋰鋁鍺(LAGP)的電解質(zhì)。利用一種名為聚DOL的聚合物成分來包圍LAGP電解質(zhì),可以提供遠(yuǎn)超過現(xiàn)有陶瓷電解質(zhì)的內(nèi)部離子導(dǎo)電性,而且不易燃。

研究人員認(rèn)為,傳統(tǒng)的陶瓷電解質(zhì)具有安全性和儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì),但在與電極接觸以傳遞離子電荷方面存在局限性。通過加入聚合物,可以大幅改善電極和電解質(zhì)之間的界面接觸,同時(shí)保持陶瓷的大部分優(yōu)點(diǎn)。Stern表示:“與電解液大為不同的是,混合電解質(zhì)具有電化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。另外,固態(tài)電池采用鋰金屬負(fù)極,容量上限明顯提高。確實(shí)稱得上是兩全其美。”

這種混合陶瓷-聚合物電解質(zhì)看起來像一個(gè)冰球,但比純陶瓷更耐用。Stern表示:“即使出現(xiàn)微裂縫,聚合物也會(huì)提供支架,以確保其結(jié)構(gòu)完整性。”

這項(xiàng)研究基于小型實(shí)驗(yàn)室規(guī)模電池,并已取得良好結(jié)果。研究人員計(jì)劃進(jìn)一步開發(fā)和測(cè)試,以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制造。

除了展示這項(xiàng)技術(shù)的潛力,該團(tuán)隊(duì)還針對(duì)電池運(yùn)行進(jìn)行建模,以幫助指導(dǎo)未來的技術(shù)發(fā)展,并評(píng)估混合電解質(zhì)固態(tài)電池的潛在生命周期。未來的目標(biāo)之一是將該技術(shù)整合到供應(yīng)鏈中,不再依賴來自世界沖突地區(qū)的材料,并評(píng)估鋰金屬和硅等新電極材料以取代標(biāo)準(zhǔn)石墨。

固態(tài)電解質(zhì)具有諸多優(yōu)勢(shì),但是仍然存在挑戰(zhàn)。因?yàn)榛旌想娊赓|(zhì)系統(tǒng)的制造過程更為復(fù)雜,必須徹底研究材料之間的電、機(jī)械和化學(xué)相互作用。Stern表示:“事情越復(fù)雜,需要了解的問題就越多。”

原標(biāo)題: 佐治亞理工學(xué)院開發(fā)混合陶瓷聚合物電解質(zhì) 以提高固態(tài)電池的安全性和性能
 
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來源:蓋世汽車
 
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