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基于粘弹性无机玻璃的固态电池电解质前景广阔!

时间:2023-11-04 来源: 浏览:

基于粘弹性无机玻璃的固态电池电解质前景广阔!

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近年来,随着混合动力车和电动车的快速发展,对高性能电池技术的需求也日益增长。因此,科研团队一直在积极寻找新型电池解决方案,并致力于开发具有潜力的电解质。

固态电池作为一种新型电池技术,具有诸多优势。其采用固体电极和固体电解质,有望成为电动汽车的可行替代能源储存解决方案。然而,传统的无机陶瓷电解质和有机聚合物电解质存在柔韧性或机械性能差的问题,会对电池的性能产生不利影响。

最近,中国科学院的研究人员发现了一种基于粘弹性无机玻璃(VIGLAS)的新型固态电池电解质。该电解质同时具备无机电解质和有机电解质的特性,可显著提高全固态电池的稳定性。这一发现为固态电池的发展提供了新的可能性。

该研究团队以MAlCl 4-2x O x (MACO,M=Li,Na,0.5 < x < 1)材料为基础,通过用氧气取代四氯铝酸盐中的氯,成功合成了基于VIGLAS的固体电解质。该电解质具有高离子导电性、强抗氧化性和类似聚合物的柔性特征,可与广泛使用的阴极材料兼容。 VIGLAS材料对锂和钠都具有高离子电导率(30°C时约为1mS cm -1 ),与4.3 V阴极具有卓越的化学机械兼容性,并能实现无压锂和钠固态电池(< 0.1 MPa)。

在初步测试中,基于这种玻璃的电解质表现出了非常满意的结果,既能渗入电极材料,也能渗入液态电解质。此外,该团队的电解质还具有低熔点(< 160°C)的特性,使电解质能够有效地渗入电极材料中,就像液态电池一样。而且电解质的可变形性有助于通过轧制工艺生产薄膜,从而提高规模化生产的可行性。此外,电解质的可变形性还有助于通过轧制工艺生产薄膜,从而提高规模化生产的可行性。

粘弹性无机玻璃 (VIGLAS) 电解质在室温下手工轧制成具有高变形性的薄膜。

该研究小组确定的这一类无机玻璃具有独特的无机类特性组合,包括高离子导电性、强抗氧化性和类似聚合物的柔性特征,可与广泛使用的阴极兼容。此外,这种电解质还很容易放大,可以使用现有的制造工艺进行制造。由于它们基于可变形材料,因此可以通过简单的滚压工艺进行大规模生产。

研究证明了有机聚合物电解质和无机电解质之间没有明显的界限,无机电解质也可以具有类似聚合物的机械性能,从而实现无压锂离子和镍镉固态电池。在接下来的研究中,计划探索其他一些具有锂/钽金属阳极稳定性的类似 VIGLAS 电解质。

总之,粘弹性无机玻璃(VIGLAS)作为新型固态电池电解质具有广阔的应用前景。其兼具无机电解质和有机电解质的优点,可显著提高全固态电池的稳定性。同时,该电解质的低熔点特性和可变形性使其能够实现液态电池般的组装过程和规模化生产。这一发现为固态电池的发展注入了新的活力,也为电动汽车的未来发展提供了新的可能性。

参考文献
Tao Dai et al, Inorganic glass electrolytes with polymer-like viscoelasticity, Nature Energy (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01356-y
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