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      2022-03-22

      離子液體有望在下一代固態鋰金屬電池中大放異彩

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      離子液體有望在下一代固態鋰金屬電池中大放異彩

      來自東京都立大學的研究人員為固態鋰金屬電池開發了一種新的準固態陰極,大大降低了陰極和固態電解質之間的界面電阻。通過添加一種離子液體,他們改良的陰極可以與電解質保持良好的接觸。新開發的原型電池也顯示出良好的容量保持,盡管找到最佳的離子液體仍然具有挑戰性,但這一想法有望為實際應用的固體鋰電池開發提供新的方向。

      鋰離子電池已經變得無處不在,在我們的智能手機、筆記本電腦、電動工具和電動汽車中隨處可見。但是,當我們尋找具有更高能量密度的更好的解決方案時,科學家們已經轉向了固態鋰金屬電池。鋰金屬電池比鋰離子電池具有更高的能量密度。它們被認為是電池的未來,可以為大規模的車輛和電網提供動力。

      然而,技術問題使固態鋰金屬電池無法進入環境條件比較苛刻的的應用。其中一個主要問題是電極和固體電解質之間的界面設計。鋰離子電池中的電解質通常是液體,高度易燃,構成安全隱患。這就是為什么人們一直在嘗試使用固態電解質來代替。然而,電極和固體電解質之間很難實現良好的接觸。任何一方的表面如果產生粗糙的情況都會導致高界面電阻,這困擾著電池的性能。已經有一些工作在研究固體電解質的設計,但陰極設計仍然是一個開放的問題。
      由東京都立大學Kiyoshi Kanamura教授領導的一個團隊一直在開發新的方法,以改善固態鋰金屬電池中陰極和固態電解質之間的接觸?,F在,他們已經成功地創造了一種準固態的氧化鈷鋰(LiCoO2)陰極,其中含有室溫的離子液體。離子液體由正離子和負離子組成,它們還可以傳輸離子。重要的是,它們可以填補陰極/固體電解質界面的微小空隙。隨著空隙的填充,界面阻力明顯下降。
      該團隊的方法也帶來了其他好處。離子液體不僅具有離子導電性,而且幾乎不揮發且通常不易燃。它們對形成陰極的阻礙也很小,使制造過程幾乎不受影響。該團隊展示了用他們的準固態陰極和固體"石榴石"電解質(指其結構)制成的原型電池,該電池顯示出良好的可充電性,在60℃的高溫下進行100次充/放電循環后,容量保持率達到80%。進一步的研究還發現,最佳的離子液體含量為11wt%。
      但問題仍然存在,比如現在急需找到一種更好的、不容易降解的離子液體。然而,該團隊的新范式為固態金屬鋰電池的研究提供了令人興奮的新方向,并有可能將其帶出實驗室,進入我們的生活。


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