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離子液體有望在下一代固態(tài)鋰金屬電池中大放異彩

時間:2022-03-20 05:05:16 來源: cnBeta.COM


鋰離子電池已經(jīng)變得無處不在,在我們的智能手機、筆記本電腦、電動工具和電動汽車中隨處可見。但是,當我們尋找具有更高能量密度的更好的解決方案時,科學家們已經(jīng)轉(zhuǎn)向了固態(tài)鋰金屬電池。鋰金屬電池比鋰離子電池具有更高的能量密度。它們被認為是電池的未來,可以為大規(guī)模的車輛和電網(wǎng)提供動力。

然而,技術(shù)問題使固態(tài)鋰金屬電池無法進入環(huán)境條件比較苛刻的的應(yīng)用。其中一個主要問題是電極和固體電解質(zhì)之間的界面設(shè)計。鋰離子電池中的電解質(zhì)通常是液體,高度易燃,構(gòu)成安全隱患。這就是為什么人們一直在嘗試使用固態(tài)電解質(zhì)來代替。然而,電極和固體電解質(zhì)之間很難實現(xiàn)良好的接觸。任何一方的表面如果產(chǎn)生粗糙的情況都會導致高界面電阻,這困擾著電池的性能。已經(jīng)有一些工作在研究固體電解質(zhì)的設(shè)計,但陰極設(shè)計仍然是一個開放的問題。

由東京都立大學Kiyoshi Kanamura教授領(lǐng)導的一個團隊一直在開發(fā)新的方法,以改善固態(tài)鋰金屬電池中陰極和固態(tài)電解質(zhì)之間的接觸。現(xiàn)在,他們已經(jīng)成功地創(chuàng)造了一種準固態(tài)的氧化鈷鋰(LiCoO2)陰極,其中含有室溫的離子液體。離子液體由正離子和負離子組成,它們還可以傳輸離子。重要的是,它們可以填補陰極/固體電解質(zhì)界面的微小空隙。隨著空隙的填充,界面阻力明顯下降。

該團隊的方法也帶來了其他好處。離子液體不僅具有離子導電性,而且?guī)缀醪粨]發(fā)且通常不易燃。它們對形成陰極的阻礙也很小,使制造過程幾乎不受影響。該團隊展示了用他們的準固態(tài)陰極和固體"石榴石"電解質(zhì)(指其結(jié)構(gòu))制成的原型電池,該電池顯示出良好的可充電性,在60℃的高溫下進行100次充/放電循環(huán)后,容量保持率達到80%。進一步的研究還發(fā)現(xiàn),最佳的離子液體含量為11wt%。

但問題仍然存在,比如現(xiàn)在急需找到一種更好的、不容易降解的離子液體。然而,該團隊的新范式為固態(tài)金屬鋰電池的研究提供了令人興奮的新方向,并有可能將其帶出實驗室,進入我們的生活。


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