美國研發(fā)新型鋰電池混合固體電解質(zhì)

美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Nitash Balsara以及北卡羅萊納大學(xué)Joseph DeSimone聯(lián)合研究出一種高導(dǎo)電混合電解質(zhì)，結(jié)合了兩種主要類型的固體電解質(zhì)——聚合物和玻璃。

Balsara表示：“電解質(zhì)具有兼容性，在電池進(jìn)行循環(huán)時(shí)，可變形保持與電極接觸。這種固體電解質(zhì)還具有前所未有室溫電導(dǎo)率。”

電解質(zhì)承載電池陰極和陽極之間的電荷，大多數(shù)商用電池都是使用的電解液。研究人員正在努力開發(fā)出一種全部使用固體成分的電池，性能更好，持續(xù)時(shí)間更長，安全性更高。

這兩種固體電解質(zhì)——聚合物和玻璃或陶瓷 ，都有自身的問題。聚合物電解質(zhì)在室溫下導(dǎo)電性不好，需要被加熱。然而陶瓷電解質(zhì)，在室溫下導(dǎo)電性能很好，但需要一個(gè)很大的壓力作用，以保持與電極接觸。

這種玻璃-聚合物混合電解質(zhì)，取玻璃顆粒，將全氟聚醚鏈附著到玻璃顆粒的表面，加入鹽，然后從這些組成成分中制做出薄膜。通過調(diào)整聚合物與玻璃的配比，這樣就能產(chǎn)生出一種兼容性強(qiáng)的電解質(zhì)，室溫條件下具有高導(dǎo)電性和優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。

雖然導(dǎo)電率不如那一種液體電解質(zhì)那么強(qiáng)，低10-15倍。但是對(duì)于一些應(yīng)用來說已經(jīng)足夠了。而且我們不需要液體電解質(zhì)那么高的導(dǎo)電性，因?yàn)榛旌想娊赓|(zhì)中的所有電流都是由鋰離子承載的，而傳統(tǒng)的鋰電解質(zhì)，只有20%到30%的電流是由鋰離子承載。

“人們都用5伏的陰極，但是對(duì)于5伏陰極能夠保持穩(wěn)定性的電解質(zhì)目前還沒有。”Balsara表示，“但是我們已證明這種電解質(zhì)對(duì)于5伏陰極能夠保持穩(wěn)定性。”

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，該混合電解質(zhì)非常適合于硫陰極，運(yùn)行電壓低，而且發(fā)電量高，價(jià)格便宜。另外，和傳統(tǒng)液體電解質(zhì)的鋰硫電池不同，這種玻璃 - 高分子混合電解質(zhì)具有不溶性。

研究人員在PNAS文章中寫道：雖然仍有許多工作要做，我們的工作將開啟混合固體電解質(zhì)一條未知的道路，將解決鋰電池的當(dāng)前挑戰(zhàn)。能源部的科學(xué)辦公室為此研究提供資金。