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2021-09-24 23:15 |
新型高性能固態(tài)電池問世：使用固態(tài)電解質(zhì)和全硅陽極
工程師們創(chuàng)造了一種新型的電池，將兩個有前途的電池子領(lǐng)域組成一個電池。該電池同時使用固態(tài)電解質(zhì)和全硅陽極，使其成為硅全固態(tài)電池。最初的幾輪測試表明，這種新電池是安全的、持久的、能量密集的。它為從電網(wǎng)存儲到電動汽車等廣泛應(yīng)用帶來了希望。 p-U'5<n
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該電池技術(shù)在2021年9月24日的《科學(xué)》雜志上有描述。加州大學(xué)圣地亞哥分校的納米工程師領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，并且與LG能源解決方案的研究人員合作。硅陽極以其能量密度而聞名，它比當(dāng)今商業(yè)鋰離子電池中最常使用的石墨陽極高出10倍。另一方面，硅陽極因其在電池充電和放電時的膨脹和收縮，以及其在液體電解質(zhì)中的降解而臭名昭著。盡管其能量密度誘人，這些挑戰(zhàn)使全硅陽極被排除在商業(yè)鋰離子電池之外。發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的新工作為全硅陽極提供了一條有希望的發(fā)展道路，這要?dú)w功于正確的電解質(zhì)。 dy u brIG
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這種全固態(tài)電池由陰極復(fù)合層、硫化物固體電解質(zhì)層和無碳微硅陽極組成。在充電之前，離散的微尺度硅顆粒構(gòu)成了能量密集的陽極。在電池充電過程中，正鋰離子從陰極移動到陽極，并形成一個穩(wěn)定的二維界面。隨著更多的鋰離子進(jìn)入陽極，它與微硅反應(yīng)，形成相互連接的鋰硅合金（Li-Si）顆粒。該反應(yīng)繼續(xù)在整個電極上傳播。該反應(yīng)導(dǎo)致微硅顆粒的膨脹和致密化，形成致密的鋰硅合金電極。鋰硅合金和固體電解質(zhì)的機(jī)械性能在保持二維界面平面的完整性和接觸方面具有關(guān)鍵作用。 luZqW`?Bt
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具有高能量密度的下一代固態(tài)電池一直依賴金屬鋰作為負(fù)極。但這對電池的充電率有限制，而且在充電過程中需要升高溫度，硅陽極克服了這些限制，允許在室溫和低溫下有更快的充電速率，同時保持高能量密度。該團(tuán)隊(duì)展示了一個實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的全電池，在室溫下可進(jìn)行500次充電和放電循環(huán)，容量保持率為80%，這對硅陽極和固態(tài)電池界來說都是令人激動的進(jìn)展。 ?Mp)F2'
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