隨著5G、可穿戴電子、
電動(dòng)車和大規(guī)模儲(chǔ)能的發(fā)展,對(duì)鋰
電池的性能提出更高的要求,需要發(fā)展新一代鋰
電池。鋰電池(屬于堿金屬電池,AMB)因其比容量高、氧化還原電位低而成為了最有前景的下一代高比能電池體系。然而,枝晶生長和嚴(yán)重的安全隱患限制了鋰電池的產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)過多年的發(fā)展,在堿金屬負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化的過程中,其在安全性和循環(huán)壽命方面仍然存在巨大的挑戰(zhàn)。
堿金屬負(fù)極三部曲:從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化
近期,北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授課題組與華中科技大學(xué)黃云輝團(tuán)隊(duì)合作在國際頂級(jí)能源雜志Joule(Cell子刊)期刊上發(fā)表題為“堿金屬負(fù)極:從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)”的綜述和展望論文(Alkali-Metal Anodes: From Lab to Market,Joule (2019) 3, 2334)。文章將堿金屬負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化過程分為三個(gè)階段:第一個(gè)階段是堿金屬負(fù)極的基礎(chǔ)研究;第二階段是堿金屬負(fù)極在特定電池體系中的應(yīng)用,如堿金屬-硫電池、堿金屬-氧氣電池和固態(tài)電解質(zhì);第三階段是如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,討論了面向產(chǎn)業(yè)化安全、成本和實(shí)際能量密度方面的要求。文章在概括堿金屬研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,試圖探索堿金屬負(fù)極在特定電池體系中的應(yīng)用,并重點(diǎn)討論了在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化之間的內(nèi)在聯(lián)系,以期為堿金屬負(fù)極的未來發(fā)展提供參考。
固態(tài)電池界面工程的典型策略和理論解釋
在下一代電池體系中的應(yīng)用中,堿金屬負(fù)極被認(rèn)為是下一代電池理想的電極材料,因?yàn)樗麄冇幸粋(gè)完美匹配高比容量的硫和氧氣正極。此外,全固態(tài)電池良好的安全性能也為堿金屬負(fù)極的應(yīng)用帶來了新的機(jī)遇,它包括鋰、鈉和鉀金屬負(fù)極及硫?yàn)檎龢O的固態(tài)電池。
堿金屬硫電池中的負(fù)極保護(hù)典型策略
產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中涉及的主要問題包括電池性能的真實(shí)評(píng)估、電池安全性的考慮、電池成本的控制以及電池的可加工性。雖然目前堿金屬負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程還處于初級(jí)階段,其存在的安全性差、庫倫效率低等問題還有待解決。文章相信在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共同努力下新一代電池最終會(huì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
新一代不同電池配置的特點(diǎn)
向經(jīng)緯博士和楊盧奕博士為本文共同第一作者,黃云輝、袁利霞和潘鋒為共同通信作者。該工作得到了國家材料基因工程重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)等項(xiàng)目的大力支持。
(責(zé)任編輯:子蕊)
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