固体电解液为具有几乎无限的寿命的可充电电池铺平道路

时间：2021-06-20 09:52:06 来源：

图示出现了外层导体的晶体结构。材料的骨干是硫阴离子的立方形布置。锂原子以黄色，PS4四面体中的绿色，硫原子中的形式描绘，紫色，GES4四面体为蓝色。研究人员揭示了快速锂导电材料中阴离子包装与离子运输之间的根本关系。

来自麻省理工学院和三星的工程师已经开发了一种固体电解质的方法，可以大大提高电池寿命和安全性，同时在存储在给定空间中的功率量提供显着提升。

如果您撬开了今天无处不在的高科技设备之一 - 无论是手机，笔记本电脑还是电动汽车 - 你会发现电池占据了里面的大部分空间。实际上，最近的电池演变使得可以在小地方包装充足的力量。

但是，人们仍然希望他们的设备持续更长时间，或者进一步收取费用，因此研究人员夜间和一天提升给定尺寸电池可以保持的电力。罕见但广泛地宣传的，锂离子电池中的过热或燃烧事件也强调了电池技术安全的重要性。

现在，MIT和三星和加州和马里兰州的研究人员已经开发出一种新的电池三个基本组件的方法，电解质。新发现是基于所思想，即固体电解质，而不是当今最常见的可充电的液体，可以大大改善设备寿命和安全性 - 同时提供存储在给定空间中的功率量的显着提升。

结果在Junicte Materials中报道了MIT Postdoc Yan Wang，材料科学与工程Gerbrand Ceder和其他五个纸张。它们描述了一种新的方法，可以同时解决与改善锂离子电池相关的最大挑战，现在从手机到电动汽车的一切都使用的技术。

这种电池中的电解质 - 通常是液体有机溶剂，其功能是在充电和放电期间将带电粒子从电池的两个电极中的一个输送到另一个电池 - 已经负责过热和火灾，例如，导致临时导致临时CEDER解释说，所有波音的787梦想飞机喷气式飞机的接地。其他人试图找到液体电解质的固体替代品，但是该组是第一个表明这可以在完全满足电池应用需求的配方中进行。

固态电解质可能是“真正的游戏变换器”，“CEDER说，创造了”几乎是一个完美的电池，解决了电池寿命，安全和成本中的大部分剩余问题“。

他说，成本已经稳步下降。但是对于安全性，更换电解质将是关键，加工者补充说：“你所看到的所有火灾都与波音，特斯拉和其他人一起看，它们都是电解质火灾。在这些电池中的状态下，锂本身不会易燃。[用固体电解质]没有安全问题 - 你可以把它扔到墙上，通过它驱动钉子 - 没有什么可以燃烧。“

他说：“用固态电解质，几乎没有留下的降级反应” - 意味着这种电池可以持续“数十万个周期”。

CEDER所说，制作这种可行的关键是发现可以在足够快速地进行离子以在电池中有用的固体材料。

“有一个看法，固体不能足够快，”他说。“那个范式已经被推翻了。”

研究团队能够分析固体中有效离子传导的因素，以及在显示正确特性的化合物中。该团队说，初步发现是一种称为超前锂离子导体的材料，这些材料是锂，锗，磷和硫的化合物，但是该研究的原理可能导致更有效的材料。

CEDER说，导致了与韩国电子公司三星的持续伙伴关系的一部分是与韩国电子公司的持续伙伴关系的一部分。他补充说，该联盟还导致了使用量子点材料使用量子点材料创造高效的太阳能电池和钠电池的重要进展。

这种固态电解质具有其他意外的副作用：CEDER说，虽然常规锂离子电池在低于粗略的温度下，需要在低于20华氏度的温度下预热。

固态电解质还允许更大的功率密度 - 可以存储在给定的空间中的功率量。这种电池提供了电力密度的20％至30％ - 相应的增加了给定尺寸的电池可以为手机，计算机或汽车提供多长时间的增加。

该团队还包括麻省理工学院研究生威廉理查兹和博伊克·查尔基金;在圣地亚哥加州大学的Shyue ping Ong;艾菲莫在马里兰大学;和三星的林肯米亚州。这项工作是麻省理工学院和三星高级技术研究所之间联盟的一部分，重点是开发清洁能源的材料。

出版物：Yan Wang等，“固态锂超前导体的设计原理”，自然材料（2015）; DOI：10.1038 / NMAT4369

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