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目前常用的锂离子电池采用电解液,如果受到损坏,很容易发生热失控和起火。据外媒报道,未来基于陶瓷-聚合物混合电解质的固态锂离子电池,有望提供更大的储能、更快的充电速度、更高的电化学和热稳定性,同时克服早期固态电池存在的诸多技术挑战。
佐治亚理工学院(Georgia Tech)的研究人员致力于加深对混合电解质的基本理解。这些成分在电极之间传递电荷,从而产生电流,使电池可以为电动汽车供电,然后再充电。佐治亚理工学院研究所(GTRI)首席研究科学家Ilan Stern表示:“研究人员已证明可以制造这些混合固态电解质,并将其置于纽扣电池中,以展示高性能和高稳定性。此项研究表明,基于这些陶瓷-聚合物混合材料有望实现固态电池创新。下一步是将这项技术整合到电动汽车使用的软包电池中。”
研究人员探讨一种名为磷酸锂铝锗(LAGP)的电解质。利用一种名为聚DOL的聚合物成分来包围LAGP电解质,可以提供远超过现有陶瓷电解质的内部离子导电性,而且不易燃。
研究人员认为,传统的陶瓷电解质具有安全性和储能优势,但在与电极接触以传递离子电荷方面存在局限性。通过加入聚合物,可以大幅改善电极和电解质之间的界面接触,同时保持陶瓷的大部分优点。Stern表示:“与电解液大为不同的是,混合电解质具有电化学稳定性、热稳定性和机械稳定性。另外,固态电池采用锂金属负极,容量上限明显提高。确实称得上是两全其美。”
这种混合陶瓷-聚合物电解质看起来像一个冰球,但比纯陶瓷更耐用。Stern表示:“即使出现微裂缝,聚合物也会提供支架,以确保其结构完整性。”
这项研究基于小型实验室规模电池,并已取得良好结果。研究人员计划进一步开发和测试,以实现大规模制造。
除了展示这项技术的潜力,该团队还针对电池运行进行建模,以帮助指导未来的技术发展,并评估混合电解质固态电池的潜在生命周期。未来的目标之一是将该技术整合到供应链中,不再依赖来自世界冲突地区的材料,并评估锂金属和硅等新电极材料以取代标准石墨。
固态电解质具有诸多优势,但是仍然存在挑战。因为混合电解质系统的制造过程更为复杂,必须彻底研究材料之间的电、机械和化学相互作用。Stern表示:“事情越复杂,需要了解的问题就越多。”
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