高性能納米結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)被美國(guó)成功研發(fā)

近日，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家表示，他們首次成功地為較高能量密度的鋰離子電池開(kāi)發(fā)出高性能納米結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)。太陽(yáng)能和風(fēng)能具有間斷性特點(diǎn)，新研究為利用這些可再生能源給電動(dòng)汽車電池和儲(chǔ)能電池充電奠定了基礎(chǔ)。

迄今為止，鋰離子電池依靠存在于電池正負(fù)兩極間的液體電解質(zhì)傳導(dǎo)離子。而由于液體電解質(zhì)易燃，特別是在研發(fā)體積更小而儲(chǔ)能更高的電池時(shí)更是如此，因而人們希望尋找到具有固體電解質(zhì)的電池，以解決電池安全問(wèn)題和尺寸限制。

橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家、固體電解質(zhì)電池項(xiàng)目研究帶頭人梁成都(音譯)說(shuō)，為獲得更安全且重量輕的電池，在最初設(shè)計(jì)時(shí)就需要將安全問(wèn)題牢記在心。在研究時(shí)，他們從電池系統(tǒng)中具有高穩(wěn)定性的常規(guī)材料入手，特別是與鋰金屬陽(yáng)極相容的材料。使用純鋰金屬作為陽(yáng)極的電池與現(xiàn)在使用碳基陽(yáng)極的電池相比，前者所提供的電能有望是后者的5至10倍。梁成都表示，高活性鋰金屬在易燃的液體有機(jī)電解質(zhì)中進(jìn)行充放電循環(huán)暗藏著嚴(yán)重的安全問(wèn)題，固體電解質(zhì)能夠讓鋰金屬在安全的環(huán)境中完成好充放電循環(huán)過(guò)程。

研究小組通過(guò)對(duì)名為鋰硫代磷酸鹽進(jìn)行加工，開(kāi)發(fā)出固體電解質(zhì)，它的離子傳導(dǎo)能力是其自然塊狀傳導(dǎo)能力的1000倍。他們?cè)诩庸や嚵虼姿猁}時(shí)，采用了納米構(gòu)建化學(xué)處理方法，改變了原材料的結(jié)構(gòu)。

研究論文合作者亞當(dāng)•榮迪農(nóng)介紹說(shuō)，可以將鋰硫代磷酸鹽的加工前后視為石英晶體塊與精細(xì)海灘沙子的比較，加工后的電解質(zhì)與原材料總量相同，但是卻是非常細(xì)小粒子的組合。固體電解質(zhì)為納米量級(jí)的粒子構(gòu)成，與原來(lái)的晶體結(jié)構(gòu)相比，具有極強(qiáng)的離子傳導(dǎo)能力。

現(xiàn)在，科學(xué)家正在對(duì)實(shí)驗(yàn)性固體電解質(zhì)充電電池進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)等待其研究成果的專利獲得審批。榮迪農(nóng)認(rèn)為，由于采用了室溫且以溶液為基礎(chǔ)的化學(xué)反應(yīng)加工途徑，因此這種固體電解質(zhì)能夠十分容易地實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。