研究人員開發(fā)出一種提高鋰離子電池效率的新方法

研究人員開發(fā)出一種提高鋰離子電池效率的新方法。通過立方晶體層的生長，科學(xué)家們在電池的電極之間形成了一層薄而致密的連接層。Nobuyuki Zettsu教授和Katsuya Teshima教授領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。作者在科學(xué)報告中公布了他們的結(jié)果。

“由于液體電解質(zhì)的一些固有特性，例如低鋰轉(zhuǎn)移數(shù)，固/液界面的復(fù)雜反應(yīng)和熱不穩(wěn)定性，在任何現(xiàn)有的電化學(xué)裝置中都不可能同時獲得高能量和高功率， “作為論文的第一作者，Nobuyuki Zettsu說道。

鋰離子電池是可充電的，并為諸如手機，筆記本電腦，電動工具之類的設(shè)備供電，甚至為電網(wǎng)存儲電力。它們對溫度通量特別敏感，并且已知會引起火災(zāi)甚至爆炸。為了應(yīng)對液體電解質(zhì)的問題，科學(xué)家們正致力于開發(fā)出更好的無固態(tài)電池。

“盡管全固態(tài)電池具有預(yù)期的優(yōu)勢，但它們的功率特性和能量密度必須得到改善，以允許它們應(yīng)用于遠程電動車等技術(shù)，”Zettsu說。“全固態(tài)電池的低倍率和低能量密度部分是由于缺乏合適的固 - 固非均質(zhì)界面形成技術(shù)，其表現(xiàn)出與液體電解質(zhì)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)母邩?biāo)志性電導(dǎo)率。”

Zettsu和他的團隊在熔融LiOH中生長了石榴石型氧化物固體電解質(zhì)晶體，用作基板上的溶劑(助焊劑)，當(dāng)電極生長時將其粘合成固態(tài)。已知可以立方體生長的特定晶體化合物允許研究人員控制層內(nèi)的厚度和連接區(qū)域，其充當(dāng)陶瓷分離器。

“電子顯微鏡觀察表明，表面被密集的多面體晶體覆蓋。每個晶體都與相鄰晶體相連，”Zettsu寫道。

Zettsu還表示，當(dāng)在電極層上堆疊電解質(zhì)層時，新生長的晶體層可以是理想的陶瓷隔板。

Zettsu寫道：“我們認為，我們的方法具有對界面副反應(yīng)的穩(wěn)健性，可能會生產(chǎn)出具有薄而密的界面的理想陶瓷隔膜。”他指出，在這個特定實驗中使用的陶瓷太厚而無法使用在固體電池中。“然而，只要電極層可以制成100微米的薄，堆疊層就可以作為固體電池運行。”

100微米約為人類頭發(fā)的寬度，略小于現(xiàn)代鋰離子電池中標(biāo)準(zhǔn)電極層厚度的兩倍。“全固態(tài)電池是儲能設(shè)備的有希望的候選者，”Zettsu說，并指出研究人員和私營公司之間的幾次合作已經(jīng)開始，最終目標(biāo)是在2020年奧運會期間展示全固態(tài)電池樣品。東京。

Zettsu和其他研究人員計劃到2022年為電動汽車和可穿戴設(shè)備制造原型電池。