生物學(xué)：固體電解質(zhì)為固態(tài)電池打開了大門

生物學(xué)：固體電解質(zhì)為固態(tài)電池打開了大門！生物學(xué)：固體電解質(zhì)為固態(tài)電池打開了大門！鋰離子導(dǎo)體的歷史。日本科學(xué)家合成了兩種晶體材料，這些晶體材料作為固體電解質(zhì)顯示出巨使用固體電解質(zhì)制造的全固態(tài)電池表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，包括高功率和高能量密度，并且可以用于長途電動車輛。高功率電池對于許多應(yīng)用是理想的，包括未來的電動車輛。這些電池必須是可充電的，可以安全存儲和在可變溫度下使用，并保持相當(dāng)長的時間充電?，F(xiàn)在，YukiKato和RyojiKanno與豐田汽車公司，東京工業(yè)大學(xué)和日本高能加速器研究組織（KEK）的同事合作，成功設(shè)計并進行了新型高功率全固態(tài)電池的試驗。有希望的結(jié)果。大多數(shù)傳統(tǒng)電池依賴于離子流過兩個電極之間的液體電解質(zhì);移動電話中使用的鋰離子電池將是這種類型電池的一個例子。然而，包含液體電解質(zhì)的電池容易出現(xiàn)問題，包括低電荷保持率和難以在高溫和低溫下操作。以前的固體電解質(zhì)設(shè)計已經(jīng)顯示出前景，但已證明是昂貴的，并且一些已經(jīng)表現(xiàn)出電化學(xué)穩(wěn)定性的問題。加藤和他的團隊合成了兩種新的鋰基“超離子”材料，這些材料基于同一團隊先前發(fā)現(xiàn)的相同晶體結(jié)構(gòu)。他們使用同步加速器X射線衍射儀，BL02B2，SPring-8和中子衍射儀iMATERIA（BL20）在J-PARC研究了這些晶體結(jié)構(gòu)。超離子材料是固體晶體結(jié)構(gòu)，離子可以通過該結(jié)構(gòu)容易地“跳躍”，基本上保持離子流類似于在液體電解質(zhì)內(nèi)發(fā)生的離子流。他們展示了即使在室溫下鋰離子如何在其化合物結(jié)構(gòu)中快速移動。本項目開發(fā)的新型超離子導(dǎo)體Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3的離子電導(dǎo)率（與具有Li10GeP2S12（LGPS）類似結(jié)構(gòu)的材料一起）。新的Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3在室溫下表現(xiàn)出25mScm-1。該值是原始LGPS的兩倍。該團隊開發(fā)的兩種超離子材料均表現(xiàn)出極高的離子電導(dǎo)率和高穩(wěn)定性。研究人員使用他們的兩種新固體電解質(zhì)來制造兩種電池類型;一個高壓電池和一個設(shè)計用于在大電流下工作的電池。與鋰離子電池相比，兩種全固態(tài)電池都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，在-30至100℃的溫度下運行良好。Kato的團隊發(fā)現(xiàn)這些電池具有高功率密度，具有超快充電功能，并且比現(xiàn)有電池類型具有更長的使用壽命。雖然該技術(shù)在商業(yè)上可用之前需要進一步開發(fā)，但這些有希望的結(jié)果表明，全固態(tài)電池可能很快為需要穩(wěn)定，長壽命能量存儲的應(yīng)用提供急需的推動。需要固體電解質(zhì)我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫拇蠖鄶?shù)電池和電容器都由液體電解質(zhì)提供動力。例如，可再充電鋰離子電池通過在使用期間保持離子從負電極到正電極的流動來工作，并且在充電期間離子流被反轉(zhuǎn)。盡管鋰離子電池可用于這些目的，但仍然需要具有更高功率和能量密度的新設(shè)備。由于通過直接串聯(lián)堆疊電池單元可獲得高能量密度，全固態(tài)電池是未來電池系統(tǒng)最有希望的候選者。然而，全固態(tài)電池的低功率特性，由于它們比傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)具有更高的固體電解質(zhì)電阻率，仍然沒有得到解決。尋找適合制造固體電解質(zhì)的材料已經(jīng)產(chǎn)生了一些原型。到目前為止，這些“超離子”材料，使離子能夠快速，自由地通過其晶體結(jié)構(gòu)移動，已經(jīng)使用昂貴的元素鍺開發(fā)-因此研究人員熱衷于尋找可以為全固體提供基礎(chǔ)的替代超離子導(dǎo)體。國家電池。意義開發(fā)了兩種新型鋰基超離子導(dǎo)體材料（結(jié)構(gòu)：Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3和Li9.6P3S12由YukiKato和他的團隊代表了可用固態(tài)電池創(chuàng)造的飛躍。與鋰離子電池相比，基于新型固體電解質(zhì)的兩個電池在試驗中表現(xiàn)非常好。細胞保持穩(wěn)定并在-30至100℃的溫度范圍內(nèi)一致地操作。它們表現(xiàn)出高能量和高功率密度，以及非常小的內(nèi)阻水平。它們的特性可以使細胞堆疊在一起而不會產(chǎn)生干擾。此外，細胞表現(xiàn)出超快速充電，長時間保持其充電，并且似乎具有長壽命和優(yōu)異的循環(huán)能力（在超過500次循環(huán)后，細胞保持其初始放電容量的約75％）。這些有希望的結(jié)果需要在商業(yè)化之前進一步調(diào)查。將高能電極添加到固態(tài)電池中可以進一步增