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美國研究人員研發(fā)半液態(tài)鋰金屬陽極 可實現(xiàn)電池能量密度提高10倍

2019-07-09 17:22  來源:蓋世汽車  瀏覽:  

據(jù)外媒報道,卡內基梅隆大學(Carnegie Mellon University)梅隆理工學院的研究人員研發(fā)出一種半液態(tài)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(tǒng)鋰金屬電池相比,更加安全。

鋰電池具有存儲大量能量的能力,因而是現(xiàn)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(fā)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(fā)現(xiàn),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(shù)電子產品所需的電量??▋然仿〈髮W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。

Li和Wang與Matyjaszewski和Jay Whitacre合作,創(chuàng)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(tǒng)鋰箔陽極制成的電池相比,通過將半液態(tài)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(tǒng)電池的生命循環(huán)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(tǒng),如納金屬電池和鉀金屬電池,以及可用于電網儲能系統(tǒng)。(作者:余秋云)

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