研究團隊開發(fā)半固態(tài)電極防止下一代鋰電池短路-瑞達國際集團

研究團隊開發(fā)半固態(tài)電極防止下一代鋰電池短路

　　為了突破電池設計界限，在既定空間或重量中容納越來越多的電力和能量，研究人員正在探討一項更加有前途的技術(shù)，在鋰離子電池的兩個電極之間采用固態(tài)電解質(zhì)材料，而不是電解液。

　　然而，這類電池一直存在一個問題，即其中一個電極上會形成金屬枝晶，最終連接電解質(zhì)，使電池短路。據(jù)外媒報道，麻省理工學院(MIT)等院校的研究人員現(xiàn)已找到一種防止枝晶形成的方法，有望提升這種新型高功率電池的潛力。

　　麻省理工學院參與此項研究的人員包括研究生RichardPark、教授Yet-MingChiang和CraigCarter等人，其余研究人員分別來自德克薩斯農(nóng)工大學(TexasA&MUniversity)、布朗大學(BrownUniversity)和卡內(nèi)基梅隆大學(CarnegieMellonUniversity)。

　　固態(tài)電池兼具安全性和能量密度，因此這一技術(shù)備受關注。但研究人員Yet-MingChiang表示：“唯一能實現(xiàn)能量密度的方法是使用金屬電極?！睂⒔饘匐姌O與液體電解質(zhì)耦合，可以獲得良好的能量密度，但比起固態(tài)電解質(zhì)，無法獲得相同的安全優(yōu)勢。固態(tài)電池只有使用金屬電極才有意義，但這類電池的開發(fā)受到枝晶生長的阻礙，枝晶體最終會填充兩個電極板之間的縫隙，導致電池短路。眾所周知，在快速充電的情況下，通常電流越大，枝晶形成得越快。目前，實驗固態(tài)電池所能達到的電流密度，遠低于商用可充電電池的需求。但研究人員認為，其發(fā)展前景良好，因為這種實驗版電池可以存儲的能量幾乎是傳統(tǒng)鋰離子電池的兩倍。

　　該團隊采取在固態(tài)和液態(tài)之間折衷的方法來解決枝晶問題。研究人員制作半固態(tài)電極，與固態(tài)電解質(zhì)材料相接觸。半固態(tài)電極可以在界面上供應一種自我修復表面，而不是固態(tài)脆性表面，后者可能導致微小的裂縫，為枝晶形成埋下伏筆。

　　這一靈感來自實驗性的高溫電池，其中一或兩個電極由熔融金屬構(gòu)成。據(jù)介紹，這種熔融金屬電池能達到數(shù)百攝氏度的溫度，無法用于便攜式設備。但通過這項工作確實可以看出，液體界面可以實現(xiàn)高電流密度，而不會形成枝晶。研究人員RichardPark表示：“出發(fā)點是開發(fā)基于精心選擇的合金的電極，以便引入一種可以作為金屬電極的自我修復組件的液相?！?/p>

　　與其說這種材料是液體，不如說它是固體，但類似于牙醫(yī)用來填充齲洞的汞合金固體金屬，仍然能夠流動和成形。在這種情況下，它由鈉和鉀的混合物制成，在正常的電池工作溫度下，處于一種既有固相又有液相的狀態(tài)。研究小組證明，在不形成任何枝晶的情況下，該系統(tǒng)的運行電流可能比使用固態(tài)鋰大20倍。下一步將用實際的含鋰電極來復制這種性能。

　　在第二個版本的固態(tài)電池中，研究小組在固態(tài)鋰電極和固態(tài)電解質(zhì)之間引入一層非常薄的液態(tài)鈉鉀合金。結(jié)果表明，該方法也能克服枝晶問題，為進一步研究供應了另一種途徑。

　　研究人員表示，這種新方法適用于很多不同版本的固態(tài)鋰離子電池。該團隊下一步將展示該系統(tǒng)對各種電池架構(gòu)的適用性。