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鋰電之父團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種新型安全電池

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量：1112次  |  2019年09月20日  

【引言】


傳統(tǒng)電池使用的是液態(tài)電解液以及金屬氧化物作為正極材料，同過陽離子在固液界面通過循環(huán)性的遷移實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲能。有機(jī)電解液的帶隙窗口是，但是它的LUMO低于堿土金屬并且易燃。如果電池負(fù)極的電壓（費(fèi)米能級）低于鋰金屬的費(fèi)米能級（1．3eV）就會在電池的負(fù)極形成一個(gè)SEI膜來防止電解液在負(fù)極放生還原反應(yīng)。當(dāng)高電壓的的SEI膜中的鋰來自于正極材料時(shí)會降低電池的容量。目前，市場上使用的移動(dòng)設(shè)備的電源絕大部分使用的是碳負(fù)極，但是它的體積容量很低，并且正極的氧化物在工作電壓高于4．3V（vs．Li＋/Li）時(shí)，材料的結(jié)構(gòu)會變得不穩(wěn)定。因此，需要一個(gè)昂貴的系統(tǒng)來管理復(fù)雜的電池充放電過程。人們嘗試使用鋰合金負(fù)極來提高電池的體積容量，但是失敗了。金屬鈉由于價(jià)格低廉，并且易得，引起了人們的注意。但是鈉電池的容量普遍低于池，并不能達(dá)到目的。


【成果簡介】


最近，來自于美國TheUniversityofTexasatAustin的JBGoodenough團(tuán)隊(duì)在Energy＆environmentalscience上發(fā)表了題為“Alternativestrategyforasaferegeablebattery”的文章報(bào)道了一種新型的玻璃態(tài)固體電解質(zhì)，室溫下該電解質(zhì)的的鋰離子和鈉離子的遷移率為10－2Scm－1，并且能有效的抑制鋰/鈉枝晶的生長，大大提高了電池的安全性能。傳統(tǒng)的液態(tài)電解液使得電池的安全性能受到威脅，但是本文的提出通過在電解質(zhì)表面鍍鋰/鈉層的方式提高全固態(tài)電池的性能。并且這種電池跟傳統(tǒng)電池的區(qū)別是，沒有了負(fù)極的脫嵌行為，而是在電解質(zhì)作為反應(yīng)中心提供反應(yīng)的位置。


【圖文導(dǎo)圖】



圖一：Li－S電池，電極材料循環(huán)前后對比



圖二：電極鍍層過程示意圖，及理論解釋



圖三：鈉電池循環(huán)性能


【小結(jié)】


這種在固體電解質(zhì)表面鍍鋰/鈉層的方法值得人們重新思考安全電池的發(fā)展方向。作者還提出，將傳統(tǒng)的脫嵌式電極材料換成具有這種反應(yīng)中心的低成本的電解質(zhì)，能大大提高電池的能量密度和循環(huán)壽命以及安全性能。


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