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可以将新电极的设计带来更强大的电池

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澳门太阳城最新网站的团队已经设计的锂金属阳极这可能改善电池的寿命和未来的能量密度。


记者联系

卡尔·莉迪·让·巴蒂斯特
电子邮件: kjeanbap@mit.edu
电话:(617)253-1682
澳门太阳城最新网站新闻

由澳门太阳城最新网站的工程师和其他新的研究可能会导致电池可装更多的权力这每磅,使用寿命更长,为基于使用纯锂电池的两个电极,阳极之一的长期追求的目标金属。  

新概念来自鞠丽,核科学与工程和材料科学和工程教授的巴特尔能源联盟教授的实验室电极。今天,它是在上述杂志 性质,在由玉明陈和自强王澳门太阳城最新网站共同撰写,连同其他11人在澳门太阳城最新网站,并在香港,佛罗里达州,德克萨斯州和纸。

该设计是用于开发安全的全固态电池,分配随着一般用作电池的两个电极之间的材料的液体或凝胶聚合物电解质的概念的一部分。允许电解质锂离子行进来回的充电和放电期间电池的周期,和全固体版本可以比液体电解质,其具有高volatilility并已爆炸的来源在锂电池中是更安全的。

“目前已经有很多关于固态电池的工作,与锂金属电极和固体电解质,”李说,但这些努力面临的问题数量。

其中最大的问题是电池是,当充电,原子积聚锂金属内,使其膨胀。然后再次缩金属在放电过程中,当电池被使用。在金属的尺寸这些反复变化,有些像吸气和呼气过程中,很难使固体保持恒定的接触,并且易于使固体电解质分离或断裂。

这是另一个没有建议固体电解质的问题是化学性质稳定,而真正与高反应性的锂金属接触,他们往往随着时间的推移。

为了克服这些问题都集中在设计固体电解质材料几乎所有的尝试都是对锂金属,这原来是困难的绝对稳定。取而代之的是,李和他的团队采用了一种不寻常的设计采用固体的另外两个班,“混合离子电子导体”(IMCS)和“电子和绝缘子锂离子”(ELI),这是绝对化学与锂稳定的联系金属。

在蜂巢状阵列六角形管MIEC,与固体锂金属部分输注的的形式发展到三维纳米架构研究者以形成电池的一个电极,但与左各管内的额外空间。当锂在充电过程中膨胀,流入在管的内部的空的空间,动如液体,即使它保留其固体的结晶结构。 ESTA流动时,蜂窝结构体内部完全限于,减轻由充电引起的膨胀的压力,但不改变电极的外部尺寸或电极与电解质之间的边界。另一种材料,以利的,用作墙壁和固体电解质层之间形成机械粘合关键MIEC。

“我们设计这种结构三维给我们的电极,像蜂窝,”李说。在该结构中的每个管的空隙空间允许锂为“蠕变向后”到管“并通过这种方式,它不建立应力开裂的固体电解质。”该膨胀和收缩管这些锂内部移动以进出,有点像汽车发动机的气缸内的活塞他们。因为这些结构以纳米级尺寸(管是直径约100至300纳米,并且在高度几十微米)建成,其结果是像“的发动机用10个活塞十亿,与锂金属作为工作流体,”利说。

因为这些蜂巢状结构的壁是由化学性质稳定MIEC的,锂从来没有失去联系与电气设备,李说。因此,整个固体电池可以保持机械和化学稳定的,因为它通过使用ITS周期。该小组已证明的概念实验,把一个测试装置通过充电和放电100次循环而不产生固体的任何压裂。

利可逆金属镀,并在煤细管剥离随着100nm的内径。研究者的礼貌。

李说,虽然这是在他们所谓的固体电池工作的许多其他团体,大多数这些系统更好地工作,卫生组织对于一些液体电解质与固体电解质混合材料。 “但在我们这里,”我说,“这是真正的全固态。有任何种类的在它没有液体或凝胶“。  

可以在新系统引入到安全这阳极重量只有四分之一不亚于他们在传统的锂离子电池的同行,对于相同量的存储容量。如果与另一电极的轻量级版本,阴极,新概念相结合会这样工作导致的锂离子电池的整体重量大幅削减。例如,研究小组希望手机这可能会导致可能被收取只是每三天一次,未做任何手机笨重或较重。

由另一队较轻的阴极的一个新的概念是由李上个月带队所述,出现了纸杂志 自然能源由朱志澳门太阳城最新网站博士后和研究生岱宇,共同撰写。该设备将减少使用镍和钴,这是昂贵且有毒,在现今的阴极使用。新的阴极不仅从过渡金属在这些电池循环容量的贡献依赖。相反,它更多地依赖于氧的氧化还原能力,这是轻得多,更丰富。但在氧离子ESTA处理成为多个移动,这可能导致它们从阴极颗粒逸出。研究人员用高温的熔融的表面处理用的盐以产生对锰和富锂的金属氧化物的粒子的保护性表面层,使氧损失量大幅度减少。

即使表面层非常薄,厚仅有5至20个纳米上的400纳米范围内的颗粒,它提供了下面的材料良好的保护。 “这几乎就像免疫,”李说,对在室温下使用电池中的氧损失的破坏性影响。本版本提供的能源量至少50%的改善可以存储给定重量,具有更好的循环稳定性。

球队只建小实验室规模的设备,到目前为止,但“我希望可以很快扩大ESTA,”李说。需要时,大多锰的材料,比镍钴明显或通过其他系统中使用便宜,所以这些阴极能作为第五不亚于现有版本尽可能少的成本。

该研究团队包括佛罗里达中央大学奥斯丁德克萨斯大学香港理工大学的研究人员从澳门太阳城最新网站,,,,和布鲁克黑文国家实验室在厄普顿,纽约。这项工作是由美国国家科学基金会的支持。


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