下一代固态锂金属电池有望大放异彩?“离子液体”助力扫清关键障碍

时间:2022-03-21 16:31:32       来源:腾讯网

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,据报道,东京都立大学(Tokyo Metropolitan University)的研究人员为固态锂金属电池开发了一种新的准固态阴极,它可以显著降低阴极和固体电解质之间的界面电阻。

据了解,通过加入离子液体,他们改良的阴极可以与电解质保持良好的接触。新开发的原型电池也显示出良好的容量保持,尽管找到最佳的离子液体仍然具有挑战性,但这一想法有望为实际应用的固体锂电池开发提供新的方向。

锂离子电池已经无处不在,在智能手机、笔记本电脑和电动汽车中都有一席之地。但在寻找更高能量密度的更好解决方案时,科学家们已经转向固态锂金属电池。锂金属电池可能比锂离子电池具有更高的能量密度。它们被视为电池的未来,为大规模的车辆和电网提供动力。

然而,技术问题阻碍了固态锂金属电池进入高要求的应用领域。其中一个主要的问题是电极和固体电解质之间界面的设计。锂离子电池中的电解质通常是液体和高度易燃,构成安全隐患。这就是为什么科学家们一直在尝试使用固态电解质来代替。

然而,电极与固体电解质之间很难实现良好的接触。任何一方的表面如果产生粗糙的情况都会导致高界面电阻,这困扰着电池的性能。尽管在固体电解质的设计方面已经有了一些进展,但阴极的设计仍然是一个开放的问题。

据悉,由东京都立大学的Kiyoshi Kanamura教授领导的一个团队一直在开发新的方法,以改善固态锂金属电池中阴极与固态电解质之间的接触。现在,他们已经成功地制造出一种含有室温离子液体的准固态氧化钴锂(LiCoO2)阴极。

据了解,离子液体由正离子和负离子组成,它们还可以传输离子。重要的是,它们可以填补阴极/固体电解质界面的微小空隙。随着空隙的填充,界面阻力明显下降。

此外,该团队的方法也带来了其他好处。离子液体不仅具有离子导电性,而且几乎不挥发且通常不易燃。它们对形成阴极的阻碍也很小,使制造过程几乎不受影响。研究成果已于近期发表在了科学期刊IScience上。

该团队展示了用他们的准固态阴极和固态“石榴石”电解质(指其结构)制成的原型电池,该电池显示出良好的可充电性,在60℃的高温下进行100次充/放电循环后,容量保持率达到80%。进一步的研究还发现,最佳的离子液体含量为11wt%。

不过,问题仍然存在,比如找到一种更好的不容易降解的离子液体。然而,该团队的新范式为固态锂金属电池的研究提供了令人兴奋的新方向,有可能将其带出实验室,带入我们的生活。

关键词: 锂金属电池 锂离子电池