(圖片來源:新加坡國立大學)
Canepa表示,傳統(tǒng)鋰離子電池存在安全風險,其中的液體電解質(zhì)具有高度可燃性。“挑戰(zhàn)在于找到更安全的固體替代品,在充電速度、壽命和潛在充電容量方面具有競爭力。”
安全、高容量電池
研究人員普遍認為,采用不易燃的陶瓷材料(即固體電解質(zhì))制造全固態(tài)電池,最有希望提供更安全、高容量的電池,滿足未來低碳能源需求。其難點在于開發(fā)合適的陶瓷材料成分,以提供與商用鋰離子電池中的易燃液體電解質(zhì)相當?shù)男阅堋?br />
新加坡國立大學研究團隊開發(fā)的新型固體成分,使用了一種名為NASICON(或鈉超級離子導體)的固體電解質(zhì)。這種電解質(zhì)大約在40年前由Hong和諾貝爾化學獎得主Goodenough等首次發(fā)現(xiàn)。
研究人員表示,除了更加安全,采用儲量豐富的鈉,使電池的成本更低,更易于生產(chǎn)。
先進的方法
該團隊采用自下而上的方法,首先使用高功率超級計算機和新算法開發(fā)出NASICON陶瓷成分的原子級理論模型,從而獲得這一發(fā)現(xiàn)。接著,法國CNRS Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides的Masquelier教授的團隊對這種設(shè)計成分進行了實驗合成、表征和測試。隨后,在NUS和德國能源和氣候研究所(Institute of Energy and Climate Research),對新NASICON成分中的離子運動速度進行測量。
Canepa表示:“這些方法使研究人員能夠加快開發(fā)和優(yōu)化全固態(tài)電池的新型固體電解質(zhì)。對于實現(xiàn)高功率密度、更安全的電池,具有重要意義。我們相信,這種先進的方法將推動下一代清潔能源存儲技術(shù)的發(fā)展。”
目前,該團隊正在進行下一階段研究,以利用NASICON陶瓷開發(fā)全尺寸固體電池,并展示其充放電性能。
Canepa實驗室對全固態(tài)電池的研究
在一項相關(guān)研究中,Canepa實驗室的研究人員探討影響全固態(tài)電池發(fā)展的關(guān)鍵問題,即堿金屬負極和固體電解質(zhì)之間的界面往往是不穩(wěn)定的,這是電池發(fā)生故障的原因之一。該界面的穩(wěn)定性取決于固體電解質(zhì)中間相(solid electrolyte interphase),即在邊界處形成的具有獨特化學性質(zhì)的中間層。
在最近發(fā)表的研究論文中,研究員Yuheng Li負責的團隊研究了鋰金屬負極和固體電解質(zhì)之間的電池界面。該界面上會形成自我限制和穩(wěn)定的中間相。為了解這種穩(wěn)定性的來源,研究人員通過原子級模擬,為中間相的電子電導率建模。結(jié)果發(fā)現(xiàn),該中間相具有電子絕緣性,從而阻止自身逐步形成,并且穩(wěn)定了界面。
該團隊表示,這項發(fā)現(xiàn)為設(shè)計穩(wěn)定的電池界面提供了指南,有助于加速實現(xiàn)安全、高性能全固態(tài)電池的商業(yè)化。
原標題: 研究人員發(fā)現(xiàn)新型固體電解質(zhì)成分 使鈉電池更安全、成本更低