MIT新电极设计让电池性能更强大 延长续航时间

发布日期:2020-02-18  来源:盖世汽车

核心提示:据外媒报道,麻省理工学院(MIT)研究人员提出全新电极设计,或将制造出能量密度更高、寿命更长的电池。新电极概念基于长期追求以
 据外媒报道,麻省理工学院(MIT)研究人员提出全新电极设计,或将制造出能量密度更高、寿命更长的电池。新电极概念基于长期追求以纯锂金属为负极的目标,由巴特尔能源联盟核科学与工程教授、材料科学与工程教授Ju Li的实验室提出。
 
  作为开发安全全固态电池概念的一部分,该设计放弃使用传统的液体或聚合物凝胶电解质材料。在电池的充放电循环中,锂离子通过电解质来回移动。采用全固态电解质可能比液体电解质更安全,因为液体电解质具有高挥发性,是锂电池的爆炸根源。
 
  Li表示:“在固态电池、锂金属电极和固态电解质方面,已经有人做过不少研究。”但是,仍然存在许多问题。最大的问题之一是,电池充电时,锂金属内部会积聚原子,从而出现膨胀现象;放电时,金属再次收缩。这会导致固体之间接触不稳定,并且固体电解质容易断裂或分离。另一问题是,固体电解质与高活性锂金属接触时,难以保持化学稳定性,容易产生降解。
 
  以往的研究重点关注对锂金属绝对稳定的固体电解质。事实证明,研发此类材料很困难。与之相反的是,Li及其研究团队采用独特的设计,利用另外两类固体“混合离子电子导体”(MIEC)和“电子和锂离子绝缘体”(ELI)。在与锂金属接触时,它们能够保持化学稳定性。
 
  研究人员开发了一种三维纳米结构,呈蜂窝状MIEC管六边形阵列,在其中部分注入固体锂金属,形成电池电极,并在每个管中留有空间。在充电过程中,锂金属膨胀,像液体一样流动又能保持固体晶体结构,而不影响外部的蜂窝状结构,从而减轻充电引起的压力。另一种ELI材料,可在MIEC壁面和固体电解质层之间,作为关键的机械粘合剂。在存储容量相同的情况下,新负极的重量仅为传统锂离子电池电极的四分之一。如果与另一种轻量型正极相结合,将大幅降低锂离子电池的总体重量。
 
  上月,Li领导的另一团队提出一种正极新概念。这种正极更轻,并且减少使用贵且有毒的镍和钴,采用更加便宜的锰。从成本上看,可能仅为传统电极的五分之一。在电池循环中,新正极不仅仅依赖过渡金属来提供容量,更依赖于氧的氧化还原能力,因为氧元素要轻得多,也更丰富。同时,为了防止氧离子从正极粒子中逃逸,研究人员用熔融盐进行高温表面处理,在富含锰和锂的金属氧化物颗粒表面形成保护层,从而大大减少氧的损失。在既定重量下,当前电极版本至少提高储能50%,而且循环稳定性更优异。
 
  目前为止,相关研究尚处于实验室生产阶段。研究团队希望,尽快实现规模化生产。

关键词: 锂电池
 
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