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固态电池出现新技术了大幅度增加电池容量

2020-02-06 17:32 次阅读

据外媒报道,科学家们希望改善当今锂电池性能的众多方法之一就是将部分液体成分替换为固体成分。这些被称为固态电池的实验装置通过大幅提高电池内部的能量密度来极大地延长电动汽车和移动设备的使用寿命。现在,来自麻省理工学院(MIT)的科学家们就带来了一个令人兴奋的未来进展,其展示了一种克服了一些当前设计限制的新型固态电池结构。

资料图

在普通锂电池中,当电池充电和放电时,液体电解质以离子的形式在正负极之间来回移动,但问题之一是,这种液体的挥发性极强,有时甚至还会引发电池起火,就像当年的三星Galaxy Note 7智能手机那样。

将这种液体电解质替换为固体材料不仅能让电池变得更加安全、更不容易着火,而且还能为电池的其他关键部件发现新的可能性。根据最近发表在《Trends in chemistry》上的一篇研究论文显示,目前锂电池的阳极由铜和石墨混合制成,但如果它由纯锂制成则可能能打破当前锂离子化学的能量密度瓶颈。

因此,纯锂阳极的巨大潜力使其成为了电池研究人员的一个高度优先考虑的对象,而一个关键的踏脚石是引入一种可行的固体电解质使其能够工作。但真想要实现则存在着重大障碍,当电池充电时,锂金属内部的原子堆积导致其膨胀,在使用过程中又会因为减少而导致金属收缩,这使得材料之间几乎不可能持续接触并还可能导致电解质破裂。

这就是MIT新电池架构可能克服的问题。该团队开发了一种被叫做混合离子-电子导体(MIEC)和电子和锂离子绝缘体(ELI)的固体材料组合。它们被打造成一个三维蜂窝状结构,而由MIEC制成的纳米管构成了这个谜题的关键部分。

这些管被注入固体锂金属形成的电池阳极。由于每个管子内部都有额外的空间,所以锂金属在充放电的时候能有多余的空间来进行膨胀和收缩。通过这种方式,这种材料在固体和液体材料之间保持着微妙的平衡并且移动方式非常像液体。

所有这一切都发生在蜂窝结构的阳极内,ELI则被涂在管壁上充当其跟固体电解质之间的粘合剂。这意味着当电池充电时,锂金属的波动尺寸完全包含在结构内部,其外部尺寸则保持不变。

团队得到的研究结果是电池正极的化学性和机械性在充放电过程中表现稳定,而锂也不会跟固体电解质失去电接触。对此,团队认为这是其他实验固态电池的重大进步,因为通常情况下固态电池需要混合某种液体电解质才能工作。

据悉,团队对这种固态电池结构进行了实验,根据报告了解到,该种电池能够承受100次充放电循环,在这个过程中没有出现任何断裂的迹象。未来,这项技术将可能会制造出重量约为当前设计1/4但存储容量相同的阳极。这一团队表示,通过跟其他先进的阴极设计相结合,未来将可以生产出重量和尺寸跟现在相同但只需隔三天充一次电的智能手机。

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