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改进锂离子电池:调整固态电解质可以使它更安全,更强

2019-08-25

改进锂离子电池:调整固态电解质可以使它更安全,更强

Lithium-Ion Batteries
固态电池可能决定电力存储的未来。 图为:松下公司的锂离子电池是特斯拉汽车公司的Model S和Model X电池组的一部分,于2013年11月19日与特斯拉汽车公司合照。 照片:路透社/ Yuya Shino

根据美国国家科学院院刊发表的一篇论文,来自弗吉尼亚联邦大学的一组研究人员正在通过重点研究提高这些设备的电导率和安全性来进军锂离子电池技术。

锂离子入侵终于完成了。 他们似乎到处都是。 它们为我们的所有设备供电,从相机,智能手机,平板电脑到起搏器系统和卫星。 但是,在最近的过去,他们因不稳定和动荡而臭名昭着。 有关智能手机电池爆炸的报道导致它们成为空域中受限制的物品。 根据联合包裹服务说法,客户需要在运输锂离子或锂金属电池之前签署UPS危险品服务协议。 没有电池的设备可以通过空运。

大多数锂离子电池使用液态电解质,有助于将电荷从一个电池电极传输到另一个电池电极。 与固态电解质相比,它们极不稳定,但由于其优异的导电性而优选。 该团队正在寻求在安全性和导电性之间建立更好的平衡,以改善锂离子电池的功能。

该团队的一项研究表明,固态电解质的设计不仅可以像液体电解质一样具有导电性,而且非常稳定,弗吉尼亚联邦大学网站上的上说。

“在理论上,当涉及到稳定性和传导性时,你可以吃蛋糕并吃掉它,”人文科学学院物理系的杰出教授普鲁耶达在发布时说。

电池中心的电解质是由正离子和负离子组成的盐。 电解质含有正离子和负离子。 锂离子电池通过电解质在两个电极之间产生正锂离子流来工作。 “锂离子可以自由流过液态电解质,但在固态电解质中移动性较小,这会对电导率产生不利影响,”该发布说。

研究人员制作了一个模型,其中来自固态电解质的单个负离子被负离子簇取代。 负簇离子由具有比质子更多电子的原子集合构成。 它们取代了电解质中不存在的离子。

ja-2012-05709z_0007 该图显示了当氯被负簇离子取代时性能的提高。 照片:JACS

根据该发布,“电解质,属于一种称为antiperovskites的晶体,含有由三个锂原子和一个氧原子组成的正离子。正离子与一个负离子的氯原子相连。” 这是模型中使用的固态电解质的组成。

当电解质中的氯原子被一个硼原子和四个氟原子产生的负簇离子取代时,它有助于锂离子容易地流动。

“用离子取代氯离子可以提高电导率,因为这些离子更大,可以让锂离子快速移动,就好像它们是液体一样,”物理系博士后研究员兼团队成员洪芳说。 。

鉴定了负簇离子的其他组合以潜在地增强导电性。

该团队希望他们的计算模型能够被公司测试,以提供这种技术可以被吸收到锂离子电池制造中的明确方式。


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责任编辑:佘利肫