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ORNL开发高性能高能量密度锂电池技术

2020-05-01 13:45:18来源:

周三,橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员宣布,他们已经开发出了第一款高性能,纳米结构的固体电解质,用于能量密度更高的锂离子电池。这与当今的锂离子电池不同,后者使用液体电解质,而改为使用固体。在电池中,电解质是在阴极和阳极之间传导离子的材料。

由于易燃性,液体电解质可能会带来安全问题,具体取决于电池的化学性质。电动汽车电池中使用的化学物质被认为是安全的。但是,ORNL研究人员声称,使用固体电解质建造电池不仅可以解决安全问题,而且可以提高能量密度。能量密度的增加意味着行驶距离更长的电动汽车,或者行驶距离相同的便宜电动汽车。

ORNL的成都成亮说:“要制造出更安全,轻便的电池,我们需要在设计之初就考虑到安全性。”他主持了《美国化学学会杂志》最新发表的研究。“我们从在电池系统中高度稳定的传统材料开始,特别是与锂金属阳极兼容的材料。”

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使用纯锂阳极最终可以生产出比当前版本强5至10倍的电池,但是将纯锂与液体电解质配对是一个严重的安全隐患。梁说:“在易燃的有机电解质中循环使用高反应性锂金属会引起严重的安全隐患。”“固体电解质使锂金属循环良好,安全性大大提高。”

固体电解质是通过处理硫代磷酸锂使其离子传导速度比其自然形式快1000倍而制成的。纳米结构化过程会改变构成材料的晶体的结构。合著者亚当·隆迪诺内(Adam Rondinone)说:“用石英的大晶体与极细的沙滩沙来考虑。“您可以具有相同的总物料量,但可以将其分解为非常小的颗粒,然后堆积在一起。它是由相同原子以大致相同的比例组成的,但在纳米尺度上,结构是不同的。现在,这种固体材料以比原始大晶体更大的速率传导锂离子。”

他们目前正在实验室中对系统进行小规模测试,并拥有有关该发明的专利。Rondinone说:“我们使用一种室温下基于溶液的反应,我们认为该反应很容易扩大规模。”“这是一种生产大量这种材料的节能方式。”

一项研究发表在《美国化学学会杂志》上,名为“纳米多孔ß-Li3PS4的异常高离子电导率”,其ORNL合著者是刘曾才,傅武军,安德鲁·帕赞特,项羽,吴自力,南希·达德尼,吉姆·基甘斯,洪昆仑,亚当·罗迪农和梁成龙。

显然,这项工作还没有准备好进行商业化,这将取决于ORNL与将技术开发为产品的公司建立商业合作伙伴关系。