目前位置:主選單>中心公告

純鋰陽極結構新設計,可開發安全不膨脹的固態電池

公告類型: 奈米新知
點閱次數: 146
打造純鋰金屬陽極固態電池是科學家的夢想,它抹去鋰離子電池的爆炸風險、能量密度還大幅提高,然而最大障礙時固態電池在使用過程中會膨脹破裂。最近,麻省理工學院團隊新設計一種鋰金屬陽極結構,讓固態電池在整個充放電週期中保持化學穩定性。

我們常在汽車、手機等產業中聽到的鋰電池是鋰離子電池,多由一個石墨負極、一個採用鈷、錳或磷酸鐵的正極、以及用來運送鋰離子的電解液構成,優點是能量密度比其他種類的電池高、輸出功率大、無記憶效應,但缺點也很多,比如電解液具高揮發性(爆炸風險源頭)、怕熱等。

但在固態電池中,改以固體電解質取代液態電解質、電極由純鋰金屬構成,不只電池更安全、更不易著火,能量密度還能翻倍提升,大幅增加續航力,最大問題在於電池充滿電時,鋰金屬內部會積聚原子導致電池膨脹,放電時電池又收縮,反覆折騰就可能導致固態電解質破裂;此外,固體電解質隨著時間推移也會發生降解。

為了克服上述問題,多數研究都集中在設計對鋰金屬絕對穩定的固體電解質材料,事實證明:這道技術很困難,固態電池至今都還未能成功商業化。

麻省理工學院團隊採取了不同思維的設計:混合離子-電子導體(mixed ionic-electronic conductors,MIEC)與電子-鋰離子絕緣體(electron and Li-ion insulators,ELI),可以確保在與鋰金屬接觸後保持絕對穩定性。

研究人員設計出蜂窩狀三維奈米結構,結構中的管狀陣列由 MIEC 製成,然後注入鋰金屬形成一個電極,每根管內部都留有多餘空間,好讓電池在充電過程中膨脹時,電極依然能維持其固態晶體結構、避免撐開外壁;ELI 則做為 MIEC 與固體電解質層之間的關鍵黏合劑。

團隊目前已藉實驗證明,這種設計在經過 100 次充放電循環後,都不會導致固態電池膨脹破裂。如果在相同儲存容量下比較,則新電池的重量可能僅傳統鋰離子電池的四分之一,如果再結合良好的陰極設計,則配備在手機上每 3 天僅需充電一次。

資料來源:http://technews.tw/2020/02/14/miec-eli-solid-state-battery-lithium-anode-cathode/

發布日期: 2020/02/18
發布人員: 王芊樺