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《美国研究人员开发出一种新型锂基固态电解质材料》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2023-10-28

  • 据橡树岭国家实验室网站10月20日消息，美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）的研究人员开发出一种新型锂基固态电解质材料Li9N2Cl3，该材料表现出优异的锂相容性和大气稳定性，可用于制造高面积容量、持久的全固态锂金属电池。Li9N2Cl3具有无序的晶格结构和空位，有效促进了锂离子传输，且由于其固有的锂金属稳定性，可以在10mA/cm2的电流密度和10mAh/cm2的面积容量下抵抗枝晶形成。研究人员将该材料结合到富镍LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2正极全固态电池中，实现了显著的循环稳定性（0.5C下1500次循环后容量保持率为90.35%）和高面积容量（4.8mAh/cm2）。该研究成果为制造满足电动汽车性能需求的锂金属电池铺平了道路。相关研究成果发表在《科学·进展》期刊上。


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  • 原文来源：https://www.ornl.gov/news/zeroing-ev-batteries-more-storage-and-faster-charging
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相关报告

  • 《《自然通讯》：研究人员为镁离子电池找到了一种高效的固态电解质新材料》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2017-11-29
    • 虽然我们隔三差五就能听到有关“电池技术突破”的新闻，但锂离子电池依然是当前使用最广、综合表现最佳的选择。不过最近，麻省理工博客里实验室和阿贡国家实验室的一支研究团队，已经开发出了一种新型固态材料。它似乎是镁离子的一种绝佳导体、有望用于打造更安全和高效的电池。锂电池被用于从手机到电动汽车等各个领域，虽然这种金属材料服务得很好，但在效率和价格上仍有很大的改进空间。 magnesium-battery-2.jpg 通过在核磁共振实验室进行的实验，研究人员们证明了新材料是镁离子的一种高效导体（via：阿贡国家实验室） 作为对比，镁元素的能量密度更高、在自然界中的储量也更多，因而很有希望拿来打造更加便宜和更容易生产的电池。然而要在电池中使用镁这种金属的话，还得迈过电解质这个绊脚石。 其负责在电池的阴极和阳极之间传递电荷，虽然近期丰田和 KIT 都专注于研发更好的液体电解质，但它们都有腐蚀电池的其它部位的倾向。于是我们转念一想，为什么不尝试其它类型的电解质呢？ 论文合著者 Gerbrand Ceder 表示：镁基电池是一项全新的技术，它没有任何好用的液体电解质。所以我们想到，为什么不换用一种固态的电解质呢？ 好消息是，他们真的研制出了一种名叫“硒化钪镁尖晶石”（magnesium scandium selenide spinel）的新材料。这种固态电解质允许镁离子轻松穿透，且其导电性甚至媲美某些锂电池中所使用的固态电解质。 最初的理论研究已经预测了不错的结果，为了验证，研究团队对其进行了核磁共振（NMR）光谱实验。该仪器能够检测镁（或锂）离子是否穿透物质，然而由于新材料有些复杂且缺少参考，导致他们难以解释数据结果。 研究一作 Pieremanuele Canepa 表示：除了传统的电化学表征之外，这些发现只有结合多种技术方法才能说得通（阿贡实验室的固态核磁共振和同步测量）。 即便如此，在将这种镁基新材料用于打造真实的电池之前，还有一些问题需要解决。比如当前仍有少量的电子泄露，需要改进电子迁移率。不过固态电池在商用之后，其安全性还是较传统液体电解质电池高出不少。 有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《自然通讯》（Nature Communications）期刊上。
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  • 《日本研究人员开发出一种为可穿戴设备供电的“液态电子”材料》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2020-04-09
    • CINNO Research 产业资讯，日本国立材料科学研究所（NIMS）旗下的国际材料纳米建筑研究中心（WPI-MANA）的研究人员开发了一种为新一代可穿戴电子移动设备供电的“液态电子”材料。 根据外媒Wearable Technologies报道，这一发现将有助于设计人员在一些自供电的可穿戴电子设备上集成柔性机电器件（包括诸如起搏器，手术工具，肌肉驱动的能量采集器，通信设备和智能纺织品等的医疗传感器）。 这种新型“液态驻极体”材料具有机电和电声性能，同时它还具有非常好的柔韧性和拉伸性，这些特性对于电子设备可靠持久的电源设计至关重要。 驻极体是为机电设备供电的关键部件，它在工作时就像电池或和永磁体对应的“永电体”一样。 在这种装置中使用的驻极体通常是一些由绝缘聚合物材料制成的固态膜。不过现在来看，液态驻极体材料应该是一种更好的解决方案——它具有柔韧性和拉伸性，这种方案可以极大地提高其所供电设备的可用性。此外，液态材料还具有许多与众不同的优势，比如分子的快速扩散性能，易于加工、没有缺陷和高可变形性，这些都是柔性/可拉伸设备技术的迫切需求。 MANA的研究人员还开发了一种生产驻极体的新方法，他们使用带电荷的液态卟啉的π屏蔽单元（Shielded Pi-unit）来制作驻极体。实际上，研究人员制作这种液态驻极体是为了确认其机电和电声性能。他们用疏水和绝缘的大体积烷基侧链屏蔽了其π核，这样可以让液体卟啉存储电荷。
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