科学家的新发现提高了半固态锂硫电池的性能

作者:6up  来源:6up扑克  时间:2020-08-23 10:00  点击:

  新加坡的研究人员发现了一种电解质,这种电解质可以生产出高度稳定的半固态锂硫

  新加坡NBL实验室的研究人员设计了一种混合的固态电解质,该电解质具有一种液体注入的多孔膜,这种多孔膜比其他替代品具有更高的导电性和稳定性。

  研究人员称,这种材料可以在保持锂电池高性能的同时提高其防火安全性。尤其在韩国,锂离子电池火灾已经促使行业监控电池化学成分和技术的安全应用,固态或半固态设备已被作为一种潜在的解决消防安全问题的方法进行研究。当传统的锂离子电池使用的电解液与不稳定的电极分离器相结合时,会导致电池起火,特别是在大规模应用中。然而,去除电解液又是十分困难的,因为它的特性使锂离子电池能够在高能量密度下工作。

  根据之前对固态电池的研究显示,尽管固态电池的安全性能有所改善,但会导致电极和电解质接触不良,又因为离子导电性有限,从而抑制了性能。由此产生了一种折中的方法,混合的固体电解质。研究小组负责人Jackie Ying说:“为了克服固体元件的高电阻对电池性能的限制,我们重新设计了固体成分的微观结构,消除了电解质泄漏,混合的固体电解质包括液体和固体成分,这既能获得更安全的电池,又能保持良好的性能。”研究人员认为,他们开发的这种电解质解决了稳定性和安全性问题,同时保持了商业上的可行性。

  电解液由Li7La3Zr2O12 (LLZO)片构成,形成多孔膜。这种以LLZO为基础的半固态电解质据说在宽电压范围内是稳定的,这意味着它可以用于不同的锂电池电极材料,包括高压阴极。

  NBL实验室用这种电解质试验了锂硫电池。该装置具有容量大、充放电速度快、多硫化物穿梭控制等特点,性能稳定。“在测试中,这种新型电解质在1.5 mg/cm2的负载密度下,获得了显著的速率能力(在1摄氏度和2摄氏度下,分别达到约515 mAh/g和约340 mAh/g),”“这是锂硫混合动力准固体电池已知的最高性能之一。”

  再此之前,半固态电解质已经预计走向市场。今年1月,日本科技公司京瓷(Kyocera)和美国初创企业24M的研究人员宣布,他们将开始商用生产以半固态电解质为特征的家用储能电池。据说这项新技术提供了40%的价格优势,电极生产速度比行业标准快4到5倍,同时减少了铜、铝和分离器的需要,提供了能量密度高于竞争对手的产品。去年,24M锂离子电池公司声称,所有这些优势加起来相当于传统锂离子电池储能产品所需资金的一半,该半固态电池的能量密度为350 Wh/kg。可见,半固态电池的生产离商业化不远了。

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