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科学家研发的半固态“杯子蛋糕”电解质使锂硫电池保持稳定运行

发布时间:2020-03-12 02:43内容来源:网络整理 点击:

  据外媒报道,当今的锂电池由阴极,阳极和液体电解质组成,该液体电解质在充电和放电时在锂离子之间来回传递。最近,科学家一直在研究电解质的更多固态形式可能带来什么,特别是在安全性方面。新加坡的科学家们现在正在报告一种新型的半固态电解质,这种电解质可以提高锂硫电池的安全性,锂硫电池在储能方面具有巨大的尚未开发的潜力。

  对于该领域的研究人员而言,一种工作可靠的锂硫电池的前景(而不是目前普遍使用的锂离子化学方法)令人兴奋。这是因为它们每单位重量最多可以容纳五倍的能量,但是主要障碍是它们提供的寿命短得多,而这些材料通常会迅速劣化并破裂。

  因此,科学家们正在研究可以克服这一问题的新型电池架构,最近又出现了一些有希望的突破。这些是通过重新构想的电池组件实现的,这些组件包括混合阴极,完全固态的电解质和新的桥接键,这些键为硫颗粒提供了“呼吸的空间”。现在,新加坡A * STAR纳米生物实验室的科学家基于他们所说的混合准固体电解质提出了另一种解决方案。这种新型电解质是使用“杯子蛋糕法”创建的,其中将金属前体和蔗糖溶解在水中,然后将其加热以呈现棕色“杯子蛋糕”形状。

  然后加热该“杯子蛋糕”将导致形成液体注入的多孔膜,该膜由高导电性和化学稳定性的片材组成。使用这种半固态的3D薄板堆叠作为电解质,可以与阴极和阳极良好接触,但可以使其在充电过程中保持稳定。

  负责研究团队的Jackie Y. Ying教授说:“同时包含液体和固体成分的混合准固体电解质已成为切实可行的折衷方案,以在保持良好性能的同时获得更安全的电池。”但是,固体的高电阻到目前为止,组件已经限制了这种电池的性能。为了克服这个问题,我们重新设计了固体成分的微观结构。我们的解决方案消除了电解质泄漏,并且在热和机械方面均稳定。”

  该小组在一系列电压下对此进行了演示,并报告说该电池具有高容量,快速充电和放电能力以及总体上“在锂硫混合准固态电池中获得的最高已知性能”。该团队认为,这种独特的架构也可以应用于其他类型的锂电池。

  Ying表示:“我们发现基于3D片材的框架对于最佳电池性能至关重要。此外,我们的系统在极端温度下也表现出出色的稳定性。这些结果说明了我们的片状结构作为其他半固态锂电池框架的巨大潜力。”

  这项研究发表在《纳米能源》杂志上。

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