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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(shí)間:2022-08-26 08:56來(lái)源:蓋世汽車 作者:Elisha
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       據(jù)外媒報(bào)道，由新加坡國(guó)立大學(xué)設(shè)計(jì)與工程學(xué)院（NUS College of Design and Engineering）材料科學(xué)與工程系助理教授 Pieremanuele（Piero）Canepa負(fù)責(zé)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新的鈉離子基固體電解質(zhì)成分，可以實(shí)現(xiàn)電池超快充放電。這有助于開(kāi)發(fā)更安全、更環(huán)保、價(jià)格更低的可充電電池，為電動(dòng)汽車、手機(jī)等應(yīng)用提供動(dòng)力。
（圖片來(lái)源：新加坡國(guó)立大學(xué)）
 
       Canepa表示，傳統(tǒng)鋰離子電池存在安全風(fēng)險(xiǎn)，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(jìng)爭(zhēng)力。”
 
       安全、高容量電池
 
       研究人員普遍認(rèn)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(lái)低碳能源需求。其難點(diǎn)在于開(kāi)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(dāng)?shù)男阅堋?/div>
 
       新加坡國(guó)立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新型固體成分，使用了一種名為NASICON（或鈉超級(jí)離子導(dǎo)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(xué)獎(jiǎng)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(chǔ)量豐富的鈉，使電池的成本更低，更易于生產(chǎn)。
 
       先進(jìn)的方法
 
       該團(tuán)隊(duì)采用自下而上的方法，首先使用高功率超級(jí)計(jì)算機(jī)和新算法開(kāi)發(fā)出NASICON陶瓷成分的原子級(jí)理論模型，從而獲得這一發(fā)現(xiàn)。接著，法國(guó)CNRS Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides的Masquelier教授的團(tuán)隊(duì)對(duì)這種設(shè)計(jì)成分進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)合成、表征和測(cè)試。隨后，在NUS和德國(guó)能源和氣候研究所（Institute of Energy and Climate Research），對(duì)新NASICON成分中的離子運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量。
 
       Canepa表示：“這些方法使研究人員能夠加快開(kāi)發(fā)和優(yōu)化全固態(tài)電池的新型固體電解質(zhì)。對(duì)于實(shí)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(jìn)的方法將推動(dòng)下一代清潔能源存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展。”
 
       目前，該團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行下一階段研究，以利用NASICON陶瓷開(kāi)發(fā)全尺寸固體電池，并展示其充放電性能。
 
       Canepa實(shí)驗(yàn)室對(duì)全固態(tài)電池的研究
 
       在一項(xiàng)相關(guān)研究中，Canepa實(shí)驗(yàn)室的研究人員探討影響全固態(tài)電池發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，即堿金屬負(fù)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(dú)特化學(xué)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(fù)責(zé)的團(tuán)隊(duì)研究了鋰金屬負(fù)極和固體電解質(zhì)之間的電池界面。該界面上會(huì)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(lái)源，研究人員通過(guò)原子級(jí)模擬，為中間相的電子電導(dǎo)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(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)穩(wěn)定的電池界面提供了指南，有助于加速實(shí)現(xiàn)安全、高性能全固態(tài)電池的商業(yè)化。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電解質(zhì) 鈉電池
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