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美研发:电动车锂电池混合固体电解质

  美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室科学家Nitash Balsara以及北卡罗莱纳大学Joseph DeSimone联合研究出一种高导电混合电解质,结合了两种主要类型的固体电解质——聚合物和玻璃。

  Balsara表示:“电解质具有兼容性,在电池进行循环时,可变形保持与电极接触。这种固体电解质还具有前所未有室温电导率。”

  电解质承载电池阴极和阳极之间的电荷,大多数商用电池都是使用的电解液。研究人员正在努力开发出一种全部使用固体成分的电池,性能更好,持续时间更长,安全性更高。

  这两种固体电解质——聚合物和玻璃或陶瓷 ,都有自身的问题。聚合物电解质在室温下导电性不好,需要被加热。然而陶瓷电解质,在室温下导电性能很好,但需要一个很大的压力作用,以保持与电极接触。

  这种玻璃-聚合物混合电解质,取玻璃颗粒,将全氟聚醚链附着到玻璃颗粒的表面,加入盐,然后从这些组成成分中制做出薄膜。通过调整聚合物与玻璃的配比,这样就能产生出一种兼容性强的电解质,室温条件下具有高导电性和优异的电化学稳定性。

  虽然导电率不如那一种液体电解质那么强,低10-15倍。但是对于一些应用来说已经足够了。而且我们不需要液体电解质那么高的导电性,因为混合电解质中的所有电流都是由锂离子承载的,而传统的锂电解质,只有20%到30%的电流是由锂离子承载。

  “人们都用5伏的阴极,但是对于5伏阴极能够保持稳定性的电解质目前还没有。”Balsara表示,“但是我们已证明这种电解质对于5伏阴极能够保持稳定性。”

  进一步的实验表明,该混合电解质非常适合于硫阴极,运行电压低,而且发电量高,价格便宜。另外,和传统液体电解质的锂硫电池不同,这种玻璃 - 高分子混合电解质具有不溶性。

  研究人员在PNAS文章中写道:虽然仍有许多工作要做,我们的工作将开启混合固体电解质一条未知的道路,将解决锂电池的当前挑战。能源部的科学办公室为此研究提供资金。

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