MIT新電極設計讓電池性能更強大 延長續航時間
日期：2024-11-25 07:34:56 作者：宏力精密鋼管 閱讀數：380(圖源：MIT官網)
蓋世汽車訊 據外媒報道，麻省理工學院(MIT)研究人員提出全新電極設計，或將制造出能量密度更高、壽命更長的電池。新電極概念基于長期追求以純鋰金屬為負極的目標，由巴特爾能源聯盟核科學與工程教授、材料科學與工程教授Ju Li的實驗室提出。
作為開發安全全固態電池概念的一部分，該設計放棄使用傳統的液體或聚合物凝膠電解質材料。在電池的充放電循環中，鋰離子通過電解質來回移動。采用全固態電解質可能比液體電解質更安全，因為液體電解質具有高揮發性，是鋰電池的爆炸根源。
Li表示：“在固態電池、鋰金屬電極和固態電解質方面，已經有人做過不少研究。”但是，仍然存在許多問題。最大的問題之一是，電池充電時，鋰金屬內部會積聚原子，從而出現膨脹現象;放電時，金屬再次收縮。這會導致固體之間接觸不穩定，并且固體電解質容易斷裂或分離。另一問題是，固體電解質與高活性鋰金屬接觸時，難以保持化學穩定性，容易產生降解。
以往的研究重點關注對鋰金屬絕對穩定的固體電解質。事實證明，研發此類材料很困難。與之相反的是，Li及其研究團隊采用獨特的設計，利用另外兩類固體“混合離子電子導體”(MIEC)和“電子和鋰離子絕緣體”(ELI)。在與鋰金屬接觸時，它們能夠保持化學穩定性。
研究人員開發了一種三維納米結構，呈蜂窩狀MIEC管六邊形陣列，在其中部分注入固體鋰金屬，形成電池電極，并在每個管中留有空間。在充電過程中，鋰金屬膨脹，像液體一樣流動又能保持固體晶體結構，而不影響外部的蜂窩狀結構，從而減輕充電引起的壓力。另一種ELI材料，可在MIEC壁面和固體電解質層之間，作為關鍵的機械粘合劑。在存儲容量相同的情況下，新負極的重量僅為傳統鋰離子電池電極的四分之一。如果與另一種輕量型正極相結合，將大幅降低鋰離子電池的總體重量。
上月，Li領導的另一團隊提出一種正極新概念。這種正極更輕，并且減少使用貴且有毒的鎳和鈷，采用更加便宜的錳。從成本上看，可能僅為傳統電極的五分之一。在電池循環中，新正極不僅僅依賴過渡金屬來提供容量，更依賴于氧的氧化還原能力，因為氧元素要輕得多，也更豐富。同時，為了防止氧離子從正極粒子中逃逸，研究人員用熔融鹽進行高溫表面處理，在富含錳和鋰的金屬氧化物顆粒表面形成保護層，從而大大減少氧的損失。在既定重量下，當前電極版本至少提高儲能50%，而且循環穩定性更優異。
目前為止，相關研究尚處于實驗室生產階段。研究團隊希望，盡快實現規模化生產。