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鋰電之父團隊研發出一種新型安全電池

鉅大鋰電  |  點擊量：0次  |  2019年09月20日  

【引言】


傳統電池使用的是液態電解液以及金屬氧化物作為正極材料，同過陽離子在固液界面通過循環性的遷移實現電化學儲能。有機電解液的帶隙窗口是，但是它的LUMO低于堿土金屬并且易燃。如果電池負極的電壓（費米能級）低于鋰金屬的費米能級（1．3eV）就會在電池的負極形成一個SEI膜來防止電解液在負極放生還原反應。當高電壓的的SEI膜中的鋰來自于正極材料時會降低電池的容量。目前，市場上使用的移動設備的電源絕大部分使用的是碳負極，但是它的體積容量很低，并且正極的氧化物在工作電壓高于4．3V（vs．Li＋/Li）時，材料的結構會變得不穩定。因此，需要一個昂貴的系統來管理復雜的電池充放電過程。人們嘗試使用鋰合金負極來提高電池的體積容量，但是失敗了。金屬鈉由于價格低廉，并且易得，引起了人們的注意。但是鈉電池的容量普遍低于池，并不能達到目的。


【成果簡介】


最近，來自于美國TheUniversityofTexasatAustin的JBGoodenough團隊在Energy＆environmentalscience上發表了題為“Alternativestrategyforasaferegeablebattery”的文章報道了一種新型的玻璃態固體電解質，室溫下該電解質的的鋰離子和鈉離子的遷移率為10－2Scm－1，并且能有效的抑制鋰/鈉枝晶的生長，大大提高了電池的安全性能。傳統的液態電解液使得電池的安全性能受到威脅，但是本文的提出通過在電解質表面鍍鋰/鈉層的方式提高全固態電池的性能。并且這種電池跟傳統電池的區別是，沒有了負極的脫嵌行為，而是在電解質作為反應中心提供反應的位置。


【圖文導圖】



圖一：Li－S電池，電極材料循環前后對比



圖二：電極鍍層過程示意圖，及理論解釋



圖三：鈉電池循環性能


【小結】


這種在固體電解質表面鍍鋰/鈉層的方法值得人們重新思考安全電池的發展方向。作者還提出，將傳統的脫嵌式電極材料換成具有這種反應中心的低成本的電解質，能大大提高電池的能量密度和循環壽命以及安全性能。


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