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哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)打造新型固態(tài)鋰金屬電池：10-20分鐘為電動(dòng)汽車充滿電

時(shí)間:2021-05-14 10:53來(lái)源:前瞻網(wǎng) 作者:綜合報(bào)道

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　　續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、充電速度快的電池，對(duì)電動(dòng)汽車市場(chǎng)的普及擴(kuò)張至關(guān)重要，但如今的鋰離子電池無(wú)法滿足需求——它們太重、太貴、充電時(shí)間太長(zhǎng)。

　　幾十年來(lái)，研究人員一直試圖利用固態(tài)鋰金屬電池的潛力。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，固態(tài)鋰金屬電池在相同體積下，能儲(chǔ)存更多的能量，充電時(shí)間更短。

　　近日，哈佛大學(xué)SEAS學(xué)院材料科學(xué)副教授李鑫(Xin Li)和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種穩(wěn)定的鋰金屬固態(tài)電池，可以在高電流密度下進(jìn)行至少10000次充放電，遠(yuǎn)超之前演示的循環(huán)次數(shù)。研究人員將這種新設(shè)計(jì)與一種商用的高能量密度陰極材料配對(duì)。

　　這種電池技術(shù)可以將電動(dòng)汽車的壽命延長(zhǎng)至汽油汽車的壽命——10至15年，而無(wú)需更換電池。由于其高電流密度，該電池可以在10-20分鐘內(nèi)為電動(dòng)汽車充滿電。

　　鋰金屬電池的最大挑戰(zhàn)一直是化學(xué)。鋰電池在充電過(guò)程中將鋰離子從陰極轉(zhuǎn)移到陽(yáng)極。當(dāng)陽(yáng)極由金屬鋰制成時(shí)，表面形成針狀結(jié)構(gòu)，稱為枝晶（dendrites）。這些結(jié)構(gòu)像根一樣生長(zhǎng)在電解液中，刺穿分隔陽(yáng)極和陰極的屏障，導(dǎo)致電池短路甚至起火。

　　為了克服這一挑戰(zhàn)，Li和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種多層電池，在正極和負(fù)極之間夾有不同的穩(wěn)定性不同的材料。這種多層、多材料的電池可以阻止鋰枝晶的穿透——不是通過(guò)完全阻止它們，而是通過(guò)控制和包含它們。

　　你可以把電池想象成一個(gè)三明治：首先是“面包”（鋰金屬陽(yáng)極），然后是“生菜”（一層石墨）。接下來(lái)，夾一層“西紅柿”（第一種電解質(zhì)）、一層“培根”（第二種電解質(zhì)）。最后再來(lái)一層“西紅柿”和最后一塊面包——陰極。

　　第一種電解質(zhì)(化學(xué)名稱Li5.5PS4.5Cl1.5或LPSCI)與鋰一起時(shí)更穩(wěn)定，但容易枝晶滲透。第二種電解質(zhì)(Li10Ge1P2S12或LGPS)與鋰的關(guān)系不太穩(wěn)定，但似乎對(duì)枝晶“免疫”。在這種設(shè)計(jì)中，枝晶被允許通過(guò)石墨和第一種電解液生長(zhǎng)，但當(dāng)它們到達(dá)第二種電解液時(shí)就停止生長(zhǎng)。換句話說(shuō)，枝晶在石墨層和第一種電解質(zhì)中生長(zhǎng)，但在第二種電解質(zhì)中停止生長(zhǎng)。

　　第二種電解質(zhì)形成的屏障，阻止了樹突通過(guò)并使電池短路。這一設(shè)計(jì)中，鋰金屬陽(yáng)極與陰極的循環(huán)性能非常穩(wěn)定，在高電流密度下的壽命超過(guò)1萬(wàn)次循環(huán)。

　　他們打造的鋰金屬固態(tài)電池，將有望與商用鋰離子電池相媲美。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：電動(dòng)汽車充電固態(tài)鋰金屬電池

作者：綜合報(bào)道，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處：http://kqcgw.com/qianyan//2021051436140.html

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