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新研究表明現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)最高能量密度的全固態(tài)電池

2019-07-23 08:43:04 ? 來(lái)源：

來(lái)自東北大學(xué)和高能加速器研究組織的科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種新的復(fù)合氫化物鋰超離子導(dǎo)體，可以生產(chǎn)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(guò)設(shè)計(jì)氫簇(復(fù)合陰離子)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的新材料對(duì)鋰金屬具有顯著的高穩(wěn)定性，這將使其成為全固態(tài)電池的最終陽(yáng)極材料。

包含鋰金屬陽(yáng)極的全固態(tài)電池具有解決傳統(tǒng)鋰離子電池的能量密度問(wèn)題的潛力。但到目前為止，它們?cè)趯?shí)際電池中的應(yīng)用受到高鋰離子轉(zhuǎn)移電阻的限制，主要是由于固體電解質(zhì)對(duì)鋰金屬的不穩(wěn)定性。因此，這種新型固體電解質(zhì)具有高離子導(dǎo)電性和對(duì)鋰金屬的高穩(wěn)定性，因此對(duì)于使用鋰金屬陽(yáng)極的全固態(tài)電池來(lái)說(shuō)是一個(gè)真正的突破。

“我們預(yù)計(jì)這一發(fā)展不僅會(huì)激發(fā)未來(lái)尋找基于復(fù)合氫化物的鋰離子導(dǎo)體的努力，而且還將開(kāi)辟固體電解質(zhì)材料領(lǐng)域的新趨勢(shì)，這可能導(dǎo)致高能量密度電化學(xué)裝置的發(fā)展，“東北大學(xué)Shin-ichi Orimo研究小組的Sangryun Kim說(shuō)。

背景：

全固態(tài)電池是解決當(dāng)前鋰離子電池固有缺點(diǎn)的有希望的候選者，例如電解質(zhì)泄漏，可燃性和有限的能量密度。人們普遍認(rèn)為鋰金屬是全固態(tài)電池的最佳陽(yáng)極材料，因?yàn)樗哂凶罡叩睦碚撊萘?3860 mAh g -1)和已知陽(yáng)極材料中最低的電位(-3.04 V vs.標(biāo)準(zhǔn)氫電極) 。

鋰離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)是全固態(tài)電池的關(guān)鍵組分，因?yàn)楣腆w電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和穩(wěn)定性決定了電池性能。問(wèn)題是大多數(shù)現(xiàn)有的固體電解質(zhì)具有化學(xué)/電化學(xué)不穩(wěn)定性和/或與鋰金屬的不良物理接觸，不可避免地在界面處引起不希望的副反應(yīng)。這些副反應(yīng)導(dǎo)致界面電阻增加，在重復(fù)循環(huán)期間極大地降低電池性能。

正如先前的研究所揭示的，其提出了諸如合金化鋰金屬和界面改性的策略，這種降解過(guò)程非常難以解決，因?yàn)槠淦鹪词卿嚱饘訇?yáng)極與電解質(zhì)的高熱力學(xué)反應(yīng)性。使用鋰金屬陽(yáng)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。

“復(fù)合氫化物在解決與鋰金屬陽(yáng)極相關(guān)的問(wèn)題時(shí)受到了很多關(guān)注，因?yàn)樗鼈儗?duì)鋰金屬陽(yáng)極具有出色的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，”Kim說(shuō)。“但由于它們的低離子電導(dǎo)率，在實(shí)際電池中從未嘗試過(guò)使用復(fù)合氫化物和鋰金屬陽(yáng)極。因此我們非常有動(dòng)力去研究在室溫下顯示鋰離子導(dǎo)電性的復(fù)合氫化物是否能夠使用鋰金屬陽(yáng)極。它起作用了。“

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