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美开发出锂电池高性能纳米结构固体电解质

美国橡树岭国家实验室科学家1月23日表示,他们首次成功地为较高能量密度的锂离子电池开发出高性能纳米结构固体电解质。太阳能和风能具有间断性特点,新研究为利用这些可再生能源给电动汽车电池和储能电池充电奠定了基础。     

迄今为止,锂离子电池依靠存在于电池正负两极间的液体电解质传导离子。而由于液体电解质易燃,特别是在研发体积更小而储能更高的电池时更是如此,因而人们希望寻找到具有固体电解质的电池,以解决电池安全问题和尺寸限制。    

橡树岭国家实验室科学家、固体电解质电池项目研究带头人梁成都(音译)说,为获得更安全且重量轻的电池,在最初设计时就需要将安全问题牢记在心。在研究时,他们从电池系统中具有高稳定性的常规材料入手,特别是与锂金属阳极相容的材料。使用纯锂金属作为阳极的电池与现在使用碳基阳极的电池相比,前者所提供的电能有望是后者的5至10倍。梁成都表示,高活性锂金属在易燃的液体有机电解质中进行充放电循环暗藏着严重的安全问题,固体电解质能够让锂金属在安全的环境中完成好充放电循环过程。    

研究小组通过对名为锂硫代磷酸盐进行加工,开发出固体电解质,它的离子传导能力是其自然块状传导能力的1000倍。他们在加工锂硫代磷酸盐时,采用了纳米构建化学处理方法,改变了原材料的结构。    

研究论文合作者亚当·荣迪农介绍说,可以将锂硫代磷酸盐的加工前后视为石英晶体块与精细海滩沙子的比较,加工后的电解质与原材料总量相同,但是却是非常细小粒子的组合。固体电解质为纳米量级的粒子构成,与原来的晶体结构相比,具有极强的离子传导能力。    

现在,科学家正在对实验性固体电解质充电电池进行测试,同时等待其研究成果的专利获得审批。荣迪农认为,由于采用了室温且以溶液为基础的化学反应加工途径,因此这种固体电解质能够十分容易地实现规模化生产。


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