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回顾2017年各院校电池技术的研发动态

导读: 随着各国燃油车禁售令的陆续发布,电动车将逐步取代传统的汽油车及柴油车,这已成为业内所熟知的行业趋势。为提升电动车的续航里程数,各国的大学及研究机构也纷纷致力于电池技术及产品的技术研发及测试。

  随着各国燃油车禁售令的陆续发布,电动车将逐步取代传统的汽油车及柴油车,这已成为业内所熟知的行业趋势。为提升电动车的续航里程数,各国的大学及研究机构也纷纷致力于电池技术及产品的技术研发及测试。

  小编将盖世新技术版块中的新闻进行了汇总,供各位读者品鉴:

  美国德克萨斯大学达拉斯分校与韩国首尔国立大学

  关键词:锰基钠离子、锂电池

回顾2017年各院校电池技术的研发动态

  美国德克萨斯大学达拉斯分校(University of Texas, Dallas)与韩国首尔国立大学(Seoul National University)共同研发出一款全新电池,其采用锰基钠离子(manganese and sodium-ion-based material)材料。该材料或将降低电池成本,且生态环保性更佳,所制成的电池可供电动车使用。

回顾2017年各院校电池技术的研发动态

  他们采用钠取代了阳极内占比最大的材料——锂,并用锰取代价格更为昂贵、储量更为稀缺的钴和镍。该研究团队采用了合理的原材料配比并攻克了上述技术难题。他们先采用了计算机模拟,进而测定了电池达到最佳性能时各原子的配置,然后在实验室内进行了大量的材料测试直至研发成功。

  麻省理工学院(MIT)

  关键词:固态电池、锂渗透、固态电解质、表面光滑度

回顾2017年各院校电池技术的研发动态

  据外媒报道,麻省理工大学(MIT)的研究人员与德国的同行们共同提出,若采用表面光滑的固态电解质(solid electrolyte),可防止有害的锂渗透(Li infiltration)现象出现,进而提升固态锂离子电池的性能。据新分析表明,表面的光滑度才是该问题的关键所在,电解质表面的细微裂纹及划痕将导致金属物的积聚。

  在发生电化学反应(electrochemical reaction)后,来自电解质的锂(离子)将开始积聚到其表面细微瑕疵(包括:细微的凹点、裂痕、划痕)处。一旦锂离子开始在瑕疵处形成积聚,这一情况将会持续下去。

  这表明研究人员需要将研究重心放在提升固态电解质表面的光滑度,这样或将消除或极大地减少电池固态电解质树突的生成数量。为避免产生易燃问题,或许未来还会采用固态锂金属电极。此外,该举措或将使锂离子电池的能量密度翻番。

  东京工业大学

  关键词:无锗固态电解质、全固态电池的优势、优化LGPS框架结构提升性能

  东京工业大学(Tokyo Institute of Technology)的研究人员研发了一项新技术方案——无锗固态电解质,可降低固态锂电池的成本,并致力于将该项技术应用到电动车、通信及其他行业中。

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  无锗固态电解质

  该研究团队在在美国化学会(ACS)期刊——《材料化学(Chemistry of Materials)》上发表了论文,其技术方案为:采用锡与硅替代固态电解质内的锗(germanium)元素,因为上述两项材料的化学稳定性更强。相较于液态电解质,新材料提升了锂离子的导电率。在谈论其研究成果时,Ryoji Kanno与他的同事表示:“这款固态电解质不含锗,未来或许所有固态电池都会采用该电解质。”

  全固态电池LiCoO2/LGPS/In-Li采用LGPS电解质,其充放电性能相当出色。然而,锗元素价格相对较贵,或将限制LGPS材料的广泛应用。在设计锂离子导体时,晶体结构类型也是一项重要因素。未来,硅基及锡基的无锗材料均可能被用作为固态电解质并得到实际应用。

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  全固态电池的优势

  相较于采用锂离子导电液体的常见锂离子电池,未来的全固态电池拥有以下优势:安全性及可靠性得到提升,储能量较高、使用寿命更长。

  超离子导体(superionic conductors)——固态晶体(solid crystals)的研究发现提升了锂离子的移动速率,进而促进这类电池的研发进展,但这款前景较好的设计却一度依赖于对稀有金属锗的应用,由于其价格过于昂贵,无法实现大规模应用。

  优化LGPS框架结构提升性能

  在最近发布的一篇论文中,研究人员保留了相同的LGPS框架结构,对锡、硅及其他成分的原子的速率及位置分布进行了精密调整。其研究成果LSSPS材料(成分:Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12 (Li3.45[Sn0.09Si0.36]P0.55S4))在室温下的锂离子导电性为1.1 x 10-2 S cm-1,几乎接近最初的LGPS结构的性能。

  尽管还需要进行进一步的调整,研究人员可根据其不同的用途来优化材料性能,为降低生产成本带来了新希望,且不必牺牲材料的性能。

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