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锂电池新设计或减少对稀有金属依赖
2019-11-02 08:52:15
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纽约9月15日电(记者冯卫东)——据《自然材料》最新一期报道,为了开发锂基电池的替代品,减少对稀有金属的依赖,佐治亚理工学院的研究人员开发了一种前景广阔的新型阴极和电解质体系,用低成本的过渡金属氟化物和固体聚合物电解质代替昂贵的金属和传统的液体电解质。

新阴极由氟化铁活性材料和固体聚合物(塑料)电解质纳米复合材料制成。为了制造这种阴极,研究人员开发了一种方法,将固体聚合物电解质渗透到预制的氟化铁电极中,然后热压整个结构以增加密度和减少空隙。聚合物基电解质有两个突出的优点,一是它在循环过程中具有很强的弯曲和适应氟化铁膨胀的能力,二是它与氟化铁形成非常稳定的柔性界面的能力,这解决了以前电池设计中使用氟化铁引起的膨胀和大量副反应的关键问题。

研究人员测试了这种新型固态电池的几种变体,以分析其在50℃下超过300次充放电循环的性能。结果表明,提高电池性能的关键是固体聚合物电解质。当与固体聚合物电解质一起使用时,即使在高温下,金属氟化物也表现出非凡的稳定性。这有望带来更安全、更轻、更便宜的锂离子电池。此外,氟化铁的锂容量是传统钴基或镍基阴极的两倍以上。铁比钴便宜300倍,比镍便宜150倍。

未来,研究人员将继续改进和开发新的固体电解质,以实现快速充电,并在新设计中融合固体电解质和液体电解质,以与大型电池工厂使用的传统电池制造技术完全兼容。

总编辑圈

稀有金属是纯电动汽车和可再生能源电池的基本材料。这导致了对钴和镍等原材料日益激烈的竞争,甚至确保稀有金属已成为一个国家问题。这就是为什么科学家们已经开始探索减轻依赖的替代方法。新的研究现已显示出巨大的潜力,但在下一步,研究人员必须使新电池具有与过去使用稀有金属作为电极的锂电池相同的容量,衰减也符合要求,才能真正考虑商业化生产。

(责任编辑:罗伯特)

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