固態(tài)鋰電池又邁出了一小步

在固態(tài)鋰電池成為主流之前，這只是時間問題和更多研究。鋰離子電池已成為從手機和個人電子產(chǎn)品到電動汽車(EV)以及在電網(wǎng)上支持可再生能源等各種產(chǎn)品的首選解決方案。但鋰離子電池通常使用碳石墨陽極(負電極)在充電期間儲存鋰離子并在放電期間釋放鋰離子。石墨陽極只能儲存如此多的鋰離子，限制了電池可以儲存的能量。

可以用金屬鋰制造陽極，這使得電池的容量是使用石墨陽極的鋰離子電池的兩到三倍。當(dāng)在陽極表面上用鋰金屬鋰陽極晶體充電電池時會出現(xiàn)問題，并且對于能夠生長足夠大以分離隔板并在陰極上短路的尖刺針狀枝晶(正電極)會出現(xiàn)問題。 。這可能導(dǎo)致電池過熱甚至著火。Amphenol正弦系統(tǒng)ATV Series™重載連接器具有18位腔體布置，耐用的熱塑性外殼，法蘭安裝或直列式功能，用于配合的集成閂鎖和一體式界面密封。

金屬電極和電解質(zhì)之間的區(qū)域稱為固體電解質(zhì)中間相(SEI)。SEI的穩(wěn)定性對電池性能具有顯著影響，因為電池鋰電極表面上的鹽層可以使其與傳導(dǎo)電子隔離，同時允許鋰離子傳導(dǎo)。

商用鋰離子電池使用液體電解質(zhì)以允許鋰離子在陽極和陰極之間流動。但是當(dāng)與金屬鋰陽極一起使用時，這種液體電解質(zhì)很少或沒有能力限制枝晶生長。SEI可能變得不穩(wěn)定并進一步增強枝晶生長。因此，正在研究開發(fā)一種固體或半固體電解質(zhì)，該電解質(zhì)將允許鋰離子容易地通過它，同時還限制或防止在充電階段鋰枝晶生長。

賓夕法尼亞州立大學(xué)機械與化學(xué)工程教授王東海說：“這就是為什么鋰金屬電池不會持續(xù)更長時間 - 相間增長并且不穩(wěn)定的原因。”賓夕法尼亞州立大學(xué)開發(fā)出一種新的固體聚合物電解質(zhì)，其SEI減少了枝晶的形成。“在這個項目中，我們使用聚合物復(fù)合材料來創(chuàng)造更好的SEI，”王在賓夕法尼亞州立大學(xué)新聞發(fā)布會上說。

該項目由化學(xué)博士生岳高領(lǐng)導(dǎo)，增強的SEI生產(chǎn)電解質(zhì)是由聚合鋰鹽，氟化鋰納米粒子和氧化石墨烯片組成的反應(yīng)性聚合物復(fù)合物。這種固體電解質(zhì)的構(gòu)造具有這些材料的薄層，由賓夕法尼亞州立大學(xué)Evan Pugh大學(xué)化學(xué)教授Thomas E. Mallouk開發(fā)。

“實現(xiàn)穩(wěn)定的鋰界面需要大量的分子水平控制，”Mallouk說。“悅和東海設(shè)計的聚合物能夠與鋰金屬表面形成爪狀鍵合。它以無源方式為鋰表面提供所需的能量，使其不會與電解質(zhì)中的分子發(fā)生反應(yīng)。納米片在復(fù)合材料中起到機械屏障的作用，防止樹枝狀晶體從鋰金屬中形成。“

使用化學(xué)和工程設(shè)計使該技術(shù)能夠以原子尺度控制鋰表面。“當(dāng)我們設(shè)計電池時，我們不一定像化學(xué)家一樣思考，一直到分子水平，但這就是我們在這里需要做的事情，”Mallouk說。

反應(yīng)性聚合物還降低了重量和制造成本，進一步增強了鋰金屬電池的未來。“通過更穩(wěn)定的SEI，可以將現(xiàn)有電池的能量密度提高一倍，同時使其壽命更長，更安全，”王說。

隨著全球大學(xué)，所有主要電池制造商以及豐田，寶馬和新成員Fisker等汽車公司的大量研究，固態(tài)鋰電池有望在2025年后的某個時候開始大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究正在推進知識基礎(chǔ)，最終將這種新電池技術(shù)推向主流。

高級編輯凱文克萊門斯30多年來一直在撰寫有關(guān)能源，汽車和交通主題的文章。他擁有材料工程和環(huán)境教育碩士學(xué)位以及機械工程博士學(xué)位，專攻空氣動力學(xué)。他在他的工作室里建立了幾個關(guān)于電動摩托車的世界陸地速度記錄。