美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校的納米工程師們與韓國(guó)電池制造商LG能源解決方案公司的研究人員合作，使用固態(tài)電解質(zhì)和全硅陽極，創(chuàng)造了一種新型的硅全固態(tài)電池。最初的幾輪測(cè)試表明，新電池安全、持久且能量密集，可提供500次充放電循環(huán)，室溫容量保持率為80%，為使用硅等合金陽極的固態(tài)電池開辟了一個(gè)新領(lǐng)域，有望用于從電網(wǎng)存儲(chǔ)到電動(dòng)汽車的廣泛領(lǐng)域。相關(guān)研究日前發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
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陽極。但這對(duì)電池充電率和充電過程中需要升高溫度(通常是60攝氏度或更高)帶來了限制。硅陽極克服了這些限制，在室溫到低溫下允許更快的充電速率，同時(shí)保持高能量密度，比當(dāng)今商業(yè)鋰離子電池中最常用的石墨陽極高10倍。然而，研究人員表示，硅陽極最大的問題之一是液體電解質(zhì)界面的不穩(wěn)定性，這使全硅陽極無法用于商用鋰離子電池。
此次，研究人員采取了一種不同的方法：他們消除了全硅陽極附帶的碳和黏合劑。此外，研究人員使用了微硅，比更常用的納米硅所需加工更少，價(jià)格也更低。
研究人員還除去了液體電解質(zhì)，取而代之的是使用了一種基于硫化物的固體電解質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明，這種固體電解質(zhì)在全硅陽極電池中非常穩(wěn)定。
通過上述方法，研究人員避免了電池運(yùn)行時(shí)陽極浸泡在有機(jī)液體電解質(zhì)中出現(xiàn)的一系列挑戰(zhàn)。
同時(shí)，通過消除陽極中的碳，該團(tuán)隊(duì)顯著減少了陽極與固體電解質(zhì)的界面接觸，避免了液體電解質(zhì)通常發(fā)生的連續(xù)容量損失，充分發(fā)揮了硅的低成本、高能量和環(huán)境友好特性。
“固態(tài)硅方法克服了傳統(tǒng)電池的許多局限性。”研究人員說，“這為我們提供了更多機(jī)會(huì)，能滿足市場(chǎng)對(duì)更高體積能源、更低成本和更安全電池的需求，特別是在電網(wǎng)儲(chǔ)能方面。”
總編輯圈點(diǎn)
更安全、續(xù)航更持久、能量密度更高、成本更低，這是應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)電池提出的重要需求，也是電池研究人員孜孜不倦的追求方向。舉例而言，目前新能源汽車普遍應(yīng)用的是液態(tài)電池，雖然近年來液態(tài)電池性能不斷提升，但與滿足消費(fèi)者需求仍存在一定距離。固態(tài)電池是下一代動(dòng)力電池的發(fā)展方向之一，它的迭代升級(jí)有望讓更強(qiáng)大的電池走向現(xiàn)實(shí)。
