鋰電池新設(shè)計(jì)或減少對稀有金屬依賴

據(jù)最新一期的《自然·材料》報(bào)道，為了開發(fā)鋰基電池的替代品，減少對稀有金屬的依賴，美國佐治亞理工學(xué)院研究人員開發(fā)出一種有前景的新型陰極和電解質(zhì)系統(tǒng)，用低成本的過渡金屬氟化物和固體聚合物電解質(zhì)代替昂貴的金屬和傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)。

新型陰極由氟化鐵活性材料和固體聚合物(一種塑料)電解質(zhì)納米復(fù)合材料制造。為制造這種陰極，研究人員開發(fā)了一種將固體聚合物電解質(zhì)滲透到預(yù)制氟化鐵電極中的方法，然后熱壓整個(gè)結(jié)構(gòu)，以增加密度并減少空隙。聚合物基電解質(zhì)有兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，一是其在循環(huán)時(shí)彎曲和適應(yīng)氟化鐵溶脹的能力強(qiáng)，二是能與氟化鐵形成非常穩(wěn)定的柔性界面，解決了先前電池設(shè)計(jì)中使用氟化鐵出現(xiàn)的膨脹和大量副反應(yīng)等關(guān)鍵問題。

研究人員測試了新型固態(tài)電池的幾種變體，以分析其在50 ℃高溫下超過300次充電和放電循環(huán)的性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)電池性能的關(guān)鍵是固體聚合物電解質(zhì)。當(dāng)與固體聚合物電解質(zhì)一起使用時(shí)，即使在高溫下，金屬氟化物也顯示出非凡的穩(wěn)定性。這有望帶來更安全、更輕和更便宜的鋰離子電池。此外，氟化鐵的鋰容量是傳統(tǒng)鈷基或鎳基陰極的兩倍多。而且鐵比鈷便宜300倍，比鎳便宜150倍。

未來，研究人員將繼續(xù)改進(jìn)和開發(fā)新的固體電解質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)快速充電，并在新設(shè)計(jì)中融合固體和液體電解質(zhì)，以與大型電池工廠中使用的傳統(tǒng)電池制造技術(shù)完全兼容。