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研究人員發(fā)現(xiàn)新型固體電解質(zhì)成分 使鈉電池更安全、成本更低
時間:2022-08-26 08:56來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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據(jù)外媒報道，由新加坡國立大學設計與工程學院（NUS College of Design and Engineering）材料科學與工程系助理教授 Pieremanuele（Piero）Canepa負責的研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種新的鈉離子基固體電解質(zhì)成分，可以實現(xiàn)電池超快充放電。這有助于開發(fā)更安全、更環(huán)保、價格更低的可充電電池，為電動汽車、手機等應用提供動力。
（圖片來源：新加坡國立大學）
Canepa表示，傳統(tǒng)鋰離子電池存在安全風險，其中的液體電解質(zhì)具有高度可燃性。“挑戰(zhàn)在于找到更安全的固體替代品，在充電速度、壽命和潛在充電容量方面具有競爭力。”
安全、高容量電池
研究人員普遍認為，采用不易燃的陶瓷材料（即固體電解質(zhì)）制造全固態(tài)電池，最有希望提供更安全、高容量的電池，滿足未來低碳能源需求。其難點在于開發(fā)合適的陶瓷材料成分，以提供與商用鋰離子電池中的易燃液體電解質(zhì)相當?shù)男阅堋?/div>
新加坡國立大學研究團隊開發(fā)的新型固體成分，使用了一種名為NASICON（或鈉超級離子導體）的固體電解質(zhì)。這種電解質(zhì)大約在40年前由Hong和諾貝爾化學獎得主Goodenough等首次發(fā)現(xiàn)。
研究人員表示，除了更加安全，采用儲量豐富的鈉，使電池的成本更低，更易于生產(chǎn)。
先進的方法
該團隊采用自下而上的方法，首先使用高功率超級計算機和新算法開發(fā)出NASICON陶瓷成分的原子級理論模型，從而獲得這一發(fā)現(xiàn)。接著，法國CNRS Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides的Masquelier教授的團隊對這種設計成分進行了實驗合成、表征和測試。隨后，在NUS和德國能源和氣候研究所（Institute of Energy and Climate Research），對新NASICON成分中的離子運動速度進行測量。
Canepa表示：“這些方法使研究人員能夠加快開發(fā)和優(yōu)化全固態(tài)電池的新型固體電解質(zhì)。對于實現(xiàn)高功率密度、更安全的電池，具有重要意義。我們相信，這種先進的方法將推動下一代清潔能源存儲技術的發(fā)展。”
目前，該團隊正在進行下一階段研究，以利用NASICON陶瓷開發(fā)全尺寸固體電池，并展示其充放電性能。
Canepa實驗室對全固態(tài)電池的研究
在一項相關研究中，Canepa實驗室的研究人員探討影響全固態(tài)電池發(fā)展的關鍵問題，即堿金屬負極和固體電解質(zhì)之間的界面往往是不穩(wěn)定的，這是電池發(fā)生故障的原因之一。該界面的穩(wěn)定性取決于固體電解質(zhì)中間相（solid electrolyte interphase），即在邊界處形成的具有獨特化學性質(zhì)的中間層。
在最近發(fā)表的研究論文中，研究員Yuheng Li負責的團隊研究了鋰金屬負極和固體電解質(zhì)之間的電池界面。該界面上會形成自我限制和穩(wěn)定的中間相。為了解這種穩(wěn)定性的來源，研究人員通過原子級模擬，為中間相的電子電導率建模。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該中間相具有電子絕緣性，從而阻止自身逐步形成，并且穩(wěn)定了界面。
該團隊表示，這項發(fā)現(xiàn)為設計穩(wěn)定的電池界面提供了指南，有助于加速實現(xiàn)安全、高性能全固態(tài)電池的商業(yè)化。
(責任編輯：子蕊)
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