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美国最新研究:新型钠离子电解液可用于固态电池

2018-5-7 10:13| 发布者: changyan| 查看: 741| 评论: 0

宾夕法尼亚州立大学Penn State)和美国太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National LaboratoryPNNL)的最新研究成果显示,一种新发现的基于钠基材料的结构允许材料在固态电池中作为电解质使用。电解液是电池的三大主要组成部分之一,它负责将带电离子转移到固态电池中。当电池的其他两部分——阳极和阴极——在电路中连接时,就会产生电流。

在智能手机、电脑和其他消费电子产品中,大多数可充电电池都使用一种液态的锂电池。宾夕法尼亚州立大学机械工程学教授Donghai Wang称,“液态电解质存在安全问题,因为它们是易燃的。而这一直是我们寻找能用于固态电池的好材料的动力。

该团队所研发的新材料由钠、磷、锡和硫组成,呈四方晶形。它有缺陷,或者存在于某些钠、锡和硫原子的空间,而这些允许它进行离子转移。因为钠比锂要丰富得多,所以钠离子电池的生产成本可能比锂离子电池要便宜得多。这种材料使用起来也更安全。宾夕法尼亚州立大学机械和原子能工程博士后Zhaoxin Yu称,“我们研究出的材料具有一个宽的电压窗和高的热稳定性。当你将液态电解质加热到150摄氏度302华氏度)时,它们就会着火或释放出大量的热量,这些热量会损坏其他电池或电子元件。而我们所研究出的材料的性能较高,可加热至400摄氏度752华氏度)。”

该研究小组在纳米能源中报告指出,他们的材料的室温离子电导率大约是目前电池中使用的液态电解质的1/10他们称,其重要的发现是晶体结构内部缺陷的具体配置。宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程学研究员Shun-Li Shang称,“我们对这种材料的新结构的发现也告诉我们,有一条建立先进钠离子超离子导体的新家族的途径。

该团队在实验室中创建并测试了这种新电池,这是宾夕法尼亚州立大学电池和储能技术中心的一部分。利用他们的协同设计进程,该团队已经能够识别出不同的晶体结构,以及影响它性能的材料的不一致性。如果你没有这套工具,就很难取得突破,宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程学院的杰出教授Zi-Kui Liu称,我们使用计算和实验的方法,使我们能够分析材料表现不同的原因。这将使下一轮设计的速度更快,因为我们知道我们需要控制什么来加强离子运输。

据悉,美国能源部、国家科学基金会和宾夕法尼亚州立大学的网络科学研究所对该项研究给予了大力支持。

(编译自宾夕法尼亚州立大学官网

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