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“全固态”电池提供更好的性能和提高安全性

2021-07-25 08:50:29来源:

固体钠电池的组成。© empa.

手机,笔记本电脑,电动车 - 电池到处都是。为了满足当今消费者的期望,这些电池越来越轻,更强大,旨在持续时间。目前这些应用的最重要技术是锂离子电池技术:但是该技术昂贵并含有易燃液体,当电池被滥用时,可能代表安全危险。为了满足新兴市场的需求不断增长(例如,电动汽车和可再生能源存储),来自EMPA的研究人员,材料科学和技术的瑞士联邦实验室以及日内瓦大学(Unige),瑞士,设计了一个新的电池原型:被称为“全固态”,该电池具有潜力,可在保持高安全性和可靠性水平的同时存储更多能量。此外,电池基于钠,是锂的廉价替代品。在期刊能源与环境科学中更详细地阅读了研究。

对于要工作的电池,它必须具有以下三个关键部件:阳极(负极),阴极(正极)和电解质。我们的电子设备中使用的大多数电池基于锂离子。当电池充电时,锂离子离开阴极并移动到阳极。为了防止锂枝晶形成 - 一种可以引起可能导致火灾的电池中的短路的一种微观石笋 - 商用电池中的阳极是由石墨而不是金属锂制成,即使这种超灯金属会增加量可以存储的能量。

EMPA和UniGe研究人员专注于“坚实”电池的优势,以应对新兴市场的需求增强,并使电池具有更好的性能:更快地充电,储存容量增加,安全提高。它们的电池使用固体而不是液体电解质,使得通过阻挡枝晶的形成来使用金属阳极,使得可以在保证安全的同时存储更多能量。

不易燃固体钠电池

“但我们仍然必须找到合适的固体离子导体,以及无毒,化学和热稳定,并且可以让钠在阳极和阴极之间轻松移动,”汉斯·赫·汉曼(Hans Hagemann)解释说在Unige的科学学院的物理化学系。研究人员发现,硼基物质是硼烷 - 硼烷,使钠离子自由循环。此外,由于磁石硼烷是无机导体,因此它消除了充电时电池捕获火灾的风险。它是一种材料,换句话说,具有许多有前途的特性。

“难以在电池三层之间建立紧密接触:阳极,由固体金属钠组成;阴极,混合氧化铬;和电解质,博纳,“Empa的能源转换实验室材料材料的研究员Léoduchêne,在Unige的科学学院的物理化学系中的博士学位。在加入氧化氢氧化钠粉末之前,研究人员在溶剂中溶解在溶剂中的一部分电池电解质。一旦溶剂蒸发,它们用电解质和阳极堆叠了阴极粉末复合物,压缩各个层以形成电池。

EMPA和Unige的研究人员随后测试了电池。“我们使用的电解质的电化学稳定性可以承受三个伏特,而先前研究的许多固体电解质以相同的电压损坏,”EMPA和项目领导者的研究员Arndt Remhof说:支持瑞士国家科学基金会(SNSF)和瑞士热电储存能源研究能源研究中心(SCER-HAE)。科学家们还测试了超过250充放电循环的电池,之后的85%的能量容量仍然是正常的。“但研究人员表示,它需要在市场上放电之前需要1,200个周期。“此外,我们仍然必须在室温下测试电池,以便我们可以确认枝形曲线是否形式,同时增加更多的电压。我们的实验仍在继续。“

出版物:Léoduchêne,等,“基于开盘硼酸盐电解质的稳定3 V全固态钠离子电池,”2017年能源与环境科学“; DOI:10.1039 / c7ee02420g