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鋰電之父 J B Goodenough:一種新型安全電池

作者:中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)新聞中心 來源:材料人 發(fā)布時(shí)間:2017-07-25 瀏覽:

中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:傳統(tǒng)電池使用的是液態(tài)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(huán)性的遷移實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲(chǔ)能。鋰電池有機(jī)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(fù)極的電壓(費(fèi)米能級(jí))低于鋰金屬的費(fèi)米能級(jí)(1.3 eV)就會(huì)在電池的負(fù)極形成一個(gè)SEI膜來防止電解液在負(fù)極放生還原反應(yīng)。當(dāng)高電壓的鋰離子電池的SEI膜中的鋰來自于正極材料時(shí)會(huì)降低電池的容量。目前,市場(chǎng)上使用的移動(dòng)設(shè)備的電源絕大部分使用的是碳負(fù)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4.3 V (vs. Li+/Li)時(shí),材料的結(jié)構(gòu)會(huì)變得不穩(wěn)定。因此,需要一個(gè)昂貴的系統(tǒng)來管理復(fù)雜的電池充放電過程。人們嘗試使用鋰合金負(fù)極來提高電池的體積容量,但是失敗了。金屬鈉由于價(jià)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鋰電池,并不能達(dá)到目的。

【成果簡(jiǎn)介】

最近,來自于美國(guó)The University of Texas at Austin 的J B Goodenough 團(tuán)隊(duì)在Energy & environmental science上發(fā)表了題為“Alternative strategy for a safe rechargeable battery”的文章報(bào)道了一種新型的玻璃態(tài)固體電解質(zhì),室溫下該電解質(zhì)的的鋰離子和鈉離子的遷移率為10-2 S cm-1,并且能有效的抑制鋰/鈉枝晶的生長(zhǎng),大大提高了電池的安全性能。傳統(tǒng)的液態(tài)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(zhì)表面鍍鋰/鈉層的方式提高全固態(tài)電池的性能。并且這種電池跟傳統(tǒng)電池的區(qū)別是,沒有了負(fù)極的脫嵌行為,而是在電解質(zhì)作為反應(yīng)中心提供反應(yīng)的位置。

【圖文導(dǎo)圖】

圖一:Li-S電池,電極材料循環(huán)前后對(duì)比

圖二:電極鍍層過程示意圖,及理論解釋

圖三:鈉電池循環(huán)性能

 

【小結(jié)】

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

原文鏈接:Alternative strategy for a safe rechargeable battery(energy & environmental science,2017, DOI: 10.1039/c6ee02888h)

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關(guān)鍵字:玻璃態(tài)固體電解質(zhì)

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