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【科技前沿】半液態金屬陽極讓鋰電池容量更大更安全
作者:《焦耳》雜志 時間:2019-7-17 10:34:00 

科技前沿

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據外媒報道,卡內基梅隆大學梅隆理工學院的研究人員研發出一種半液態鋰金屬陽極,可為電池設計提供一種新范式。利用此種新型電極制成的鋰電池將具有更高的容量,而且與采用鋁箔制成陽極的傳統鋰金屬電池相比,更加安全。

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鋰電池具有存儲大量能量的能力,因而是現代電子產品中最常見的可充電電池類型之一。一般來說,此類電池由可燃的液體電解質和兩個電極(陽極和陰極)組成,其中,陽極和陰極被薄膜隔開。在電池反復充放電之后,電極表面會生長鋰枝晶,此類枝晶會刺破分隔兩個電極的薄膜,從而讓陰極與陽極接觸,結果可能會導致電池短路,最糟的是,可能會起火。

卡內基梅隆大學化學系自然科學教授Krzysztof Matyjaszewski表示:“從理論上看,在鋰電池中采用鋰金屬陽極,比采用石墨陽極的電池容量大得多,但是,最重要的是要確保電池是安全的。”

目前,電池中使用的是具揮發性的液體電解質,解決方案之一是使用固體陶瓷電解質替代,此類電解質導電性高、不可燃以及具有足夠強大的抗枝晶性。但是,研究人員發現,陶瓷電解質和固體鋰陽極之間的接觸不足以存儲和供應大多數電子產品所需的電量。卡內基梅隆大學化學系博士生Sipei Li和卡內基梅隆大學材料科學和工程系博士生Han Wang制造出一種新型材料,半流體金屬陽極,克服了該缺點。

LiWangMatyjaszewskiJay Whitacre合作,創造出一種雙導電聚合物/碳基復合材料,鋰微粒在其上面可均勻分布。該碳基復合材料能夠在室溫下保持流動,從而可與固體電解質進行足夠的接觸。與使用固體電解質和傳統鋰箔陽極制成的電池相比,通過將半液態金屬陽極與石榴石固體陶瓷電解質結合,能夠使此類電池的能量密度高出10倍,從而使此類電池比傳統電池的生命循環周期也更長。

研究人員相信他們的方法能夠帶來深遠的影響,例如,可以用來為電動汽車生產高容量電池,以及為需要使用柔性電池的可穿戴設備制造專用電池。而且,研究人員還認為,他們的方法可以用于其他可充電電池系統,如納金屬電池和鉀金屬電池,以及可用于電網儲能系統。

來源:《焦耳》雜志

 

來源:《焦耳》雜志
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