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佐治亞理工學(xué)院開(kāi)發(fā)混合陶瓷聚合物電解質(zhì) 以提高固態(tài)電池安全性和性能

時(shí)間:2023-06-08 09:29來(lái)源:蓋世汽車(chē) 作者:Elisha

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目前常用的鋰離子電池采用電解液，如果受到損壞，很容易發(fā)生熱失控和起火。據(jù)外媒報(bào)道，未來(lái)基于陶瓷-聚合物混合電解質(zhì)的固態(tài)鋰離子電池，有望提供更大的儲(chǔ)能、更快的充電速度、更高的電化學(xué)和熱穩(wěn)定性，同時(shí)克服早期固態(tài)電池存在的諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。

佐治亞理工學(xué)院（Georgia Tech）的研究人員致力于加深對(duì)混合電解質(zhì)的基本理解。這些成分在電極之間傳遞電荷，從而產(chǎn)生電流，使電池可以為電動(dòng)汽車(chē)供電，然后再充電。佐治亞理工學(xué)院研究所（GTRI）首席研究科學(xué)家Ilan Stern表示：“研究人員已證明可以制造這些混合固態(tài)電解質(zhì)，并將其置于紐扣電池中，以展示高性能和高穩(wěn)定性。此項(xiàng)研究表明，基于這些陶瓷-聚合物混合材料有望實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池創(chuàng)新。下一步是將這項(xiàng)技術(shù)整合到電動(dòng)汽車(chē)使用的軟包電池中。”

研究人員探討一種名為磷酸鋰鋁鍺（LAGP）的電解質(zhì)。利用一種名為聚DOL的聚合物成分來(lái)包圍LAGP電解質(zhì)，可以提供遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有陶瓷電解質(zhì)的內(nèi)部離子導(dǎo)電性，而且不易燃。

研究人員認(rèn)為，傳統(tǒng)的陶瓷電解質(zhì)具有安全性和儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)，但在與電極接觸以傳遞離子電荷方面存在局限性。通過(guò)加入聚合物，可以大幅改善電極和電解質(zhì)之間的界面接觸，同時(shí)保持陶瓷的大部分優(yōu)點(diǎn)。Stern表示：“與電解液大為不同的是，混合電解質(zhì)具有電化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。另外，固態(tài)電池采用鋰金屬負(fù)極，容量上限明顯提高。確實(shí)稱(chēng)得上是兩全其美。”

這種混合陶瓷-聚合物電解質(zhì)看起來(lái)像一個(gè)冰球，但比純陶瓷更耐用。Stern表示：“即使出現(xiàn)微裂縫，聚合物也會(huì)提供支架，以確保其結(jié)構(gòu)完整性。”

這項(xiàng)研究基于小型實(shí)驗(yàn)室規(guī)模電池，并已取得良好結(jié)果。研究人員計(jì)劃進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和測(cè)試，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制造。

除了展示這項(xiàng)技術(shù)的潛力，該團(tuán)隊(duì)還針對(duì)電池運(yùn)行進(jìn)行建模，以幫助指導(dǎo)未來(lái)的技術(shù)發(fā)展，并評(píng)估混合電解質(zhì)固態(tài)電池的潛在生命周期。未來(lái)的目標(biāo)之一是將該技術(shù)整合到供應(yīng)鏈中，不再依賴來(lái)自世界沖突地區(qū)的材料，并評(píng)估鋰金屬和硅等新電極材料以取代標(biāo)準(zhǔn)石墨。

固態(tài)電解質(zhì)具有諸多優(yōu)勢(shì)，但是仍然存在挑戰(zhàn)。因?yàn)榛旌想娊赓|(zhì)系統(tǒng)的制造過(guò)程更為復(fù)雜，必須徹底研究材料之間的電、機(jī)械和化學(xué)相互作用。Stern表示：“事情越復(fù)雜，需要了解的問(wèn)題就越多。”

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：固態(tài)電池聚合物電解質(zhì)

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