MIT新電極設計讓電池性能更強大 延長續(xù)航時間
日期：2024-10-16 12:42:26 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：380(圖源：MIT官網(wǎng))
蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，麻省理工學院(MIT)研究人員提出全新電極設計，或?qū)⒅圃斐瞿芰棵芏雀摺勖L的電池。新電極概念基于長期追求以純鋰金屬為負極的目標，由巴特爾能源聯(lián)盟核科學與工程教授、材料科學與工程教授Ju Li的實驗室提出。
作為開發(fā)安全全固態(tài)電池概念的一部分，該設計放棄使用傳統(tǒng)的液體或聚合物凝膠電解質(zhì)材料。在電池的充放電循環(huán)中，鋰離子通過電解質(zhì)來回移動。采用全固態(tài)電解質(zhì)可能比液體電解質(zhì)更安全，因為液體電解質(zhì)具有高揮發(fā)性，是鋰電池的爆炸根源。
Li表示：“在固態(tài)電池、鋰金屬電極和固態(tài)電解質(zhì)方面，已經(jīng)有人做過不少研究。”但是，仍然存在許多問題。最大的問題之一是，電池充電時，鋰金屬內(nèi)部會積聚原子，從而出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象;放電時，金屬再次收縮。這會導致固體之間接觸不穩(wěn)定，并且固體電解質(zhì)容易斷裂或分離。另一問題是，固體電解質(zhì)與高活性鋰金屬接觸時，難以保持化學穩(wěn)定性，容易產(chǎn)生降解。
以往的研究重點關注對鋰金屬絕對穩(wěn)定的固體電解質(zhì)。事實證明，研發(fā)此類材料很困難。與之相反的是，Li及其研究團隊采用獨特的設計，利用另外兩類固體“混合離子電子導體”(MIEC)和“電子和鋰離子絕緣體”(ELI)。在與鋰金屬接觸時，它們能夠保持化學穩(wěn)定性。
研究人員開發(fā)了一種三維納米結(jié)構(gòu)，呈蜂窩狀MIEC管六邊形陣列，在其中部分注入固體鋰金屬，形成電池電極，并在每個管中留有空間。在充電過程中，鋰金屬膨脹，像液體一樣流動又能保持固體晶體結(jié)構(gòu)，而不影響外部的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，從而減輕充電引起的壓力。另一種ELI材料，可在MIEC壁面和固體電解質(zhì)層之間，作為關鍵的機械粘合劑。在存儲容量相同的情況下，新負極的重量僅為傳統(tǒng)鋰離子電池電極的四分之一。如果與另一種輕量型正極相結(jié)合，將大幅降低鋰離子電池的總體重量。
上月，Li領導的另一團隊提出一種正極新概念。這種正極更輕，并且減少使用貴且有毒的鎳和鈷，采用更加便宜的錳。從成本上看，可能僅為傳統(tǒng)電極的五分之一。在電池循環(huán)中，新正極不僅僅依賴過渡金屬來提供容量，更依賴于氧的氧化還原能力，因為氧元素要輕得多，也更豐富。同時，為了防止氧離子從正極粒子中逃逸，研究人員用熔融鹽進行高溫表面處理，在富含錳和鋰的金屬氧化物顆粒表面形成保護層，從而大大減少氧的損失。在既定重量下，當前電極版本至少提高儲能50%，而且循環(huán)穩(wěn)定性更優(yōu)異。
目前為止，相關研究尚處于實驗室生產(chǎn)階段。研究團隊希望，盡快實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。