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新型锂离子电池突破可实现双倍能量密度

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-03-14  来源:趣味工程
    宾夕法尼亚州立大学的一份报告称,研究人员已经开发出一种新的锂离子电池构造方法,可能为更高的能量密度,性能和电池安全性铺平道路。

    固体电解质界面

    在电池的锂金属和电解质之间的是固体电解质界面(SEI),多年来它一直是开发性能更好的电池的障碍。

    可再充电锂离子电池的能量密度越来越高,因为它们的使用范围扩展到各种电子设备,从手机到电动汽车,因此SEI自然是研究人员试图寻求尝试的地方之一。

    “这一层非常重要,并且通过电池中锂和电解质之间的反应自然形成,”宾夕法尼亚州机械和化学工程教授王东海说。“但它表现不佳,导致很多问题。”

    创造更好的固体电解质界面

    当SEI开始降级时,问题就开始了。随着时间的推移,这导致在电池的锂电极上形成枝晶,针状生长,这逐渐抑制了它们的性能和安全性。

    “这就是为什么锂金属电池不会持续更长时间 - 相间增长而且不稳定的原因,”王说。“在这个项目中,我们使用聚合物复合材料来创造更好的SEI。”

    在宾夕法尼亚州立大学化学博士生岳高的带领下,工程师们制作了一种新型SEI,是一种由聚合锂盐,氟化锂纳米粒子和氧化石墨烯片组成的活性聚合物复合材料。

    Evan Pugh大学化学教授Thomas E. Mallouk为该项目提供了帮助,帮助创建薄层材料。

    “实现稳定的锂界面需要大量的分子水平控制,”Mallouk说。“悦和东海设计的聚合物能够与锂金属表面形成爪状键合。它以无源方式为锂表面提供所需的能量,使其不会与电解质中的分子发生反应。纳米片在复合材料中起到机械屏障的作用,防止树枝状晶体从锂金属中形成。“

    这是通过控制锂的表面在单个原子和分子的水平上实现的,这使得项目成功。

    “当我们设计电池时,我们不一定像化学家一样思考,一直到分子水平,但这就是我们在这里需要做的事情,”Mallouk说。

    “通过更稳定的SEI,可以将现有电池的能量密度提高一倍,同时使其寿命更长,更安全。”王说。

    该研究发表在今天的“ 自然材料 ”杂志上。
 
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