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研究人员研发半液态金属阳极 将锂电池容量提升10倍

据外媒报道,卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)梅隆理工学院的研究人员研发出一种半液态锂金属阳极,可为电池设计提供一种新范式。

研究人员研发半液态金属阳极 将锂电池容量提升10倍

(图片来源:卡内基梅隆大学官网)

利用此种新型电极制成的锂电池将具有更高的容量,而且与采用铝箔制成阳极的传统锂金属电池相比,更加安全。

锂电池具有存储大量能量的能力,因而是现代电子产品中最常见的可充电电池类型之一。一般来说,此类电池由可燃的液体电解质和两个电极(阳极和阴极)组成,其中,阳极和阴极被薄膜隔开。在电池反复充放电之后,电极表面会生长锂枝晶,此类枝晶会刺破分隔两个电极的薄膜,从而让阴极与阳极接触,结果可能会导致电池短路,最糟的是,可能会起火。

卡内基梅隆大学化学系自然科学教授Krzysztof Matyjaszewski表示:“从理论上看,在锂电池中采用锂金属阳极,比采用石墨阳极的电池容量大得多,但是,最重要的是要确保电池是安全的。”

目前,电池中使用的是具挥发性的液体电解质,解决方案之一是使用固体陶瓷电解质替代,此类电解质导电性高、不可燃以及具有足够强大的抗枝晶性。但是,研究人员发现,陶瓷电解质和固体锂阳极之间的接触不足以存储和供应大多数电子产品所需的电量。卡内基梅隆大学化学系博士生Sipei Li和卡内基梅隆大学材料科学和工程系博士生Han Wang制造出一种新型材料,半流体金属阳极,克服了该缺点。

Li和Wang与Matyjaszewski和Jay Whitacre合作,创造出一种双导电聚合物/碳基复合材料,锂微粒在其上面可均匀分布。该碳基复合材料能够在室温下保持流动,从而可与固体电解质进行足够的接触。与使用固体电解质和传统锂箔阳极制成的电池相比,通过将半液态金属阳极与石榴石固体陶瓷电解质结合,能够使此类电池的能量密度高出10倍,从而使此类电池比传统电池的生命循环周期也更长。

研究人员相信他们的方法能够带来深远的影响,例如,可以用来为电动汽车生产高容量电池,以及为需要使用柔性电池的可穿戴设备制造专用电池。而且,研究人员还认为,他们的方法可以用于其他可充电电池系统,如纳金属电池和钾金属电池,以及可用于电网储能系统。

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