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鋰離子電池也有缺點,發現全固態電池的新材料!


博科園風能或光伏等可再生能源是間歇性的,生產高峰並不一定跟隨需求高峰。因此,儲存綠色能源對於擺脫化石燃料至關重要。光伏電池和風力發電產生的能量被儲存起來,以備以後需要時使用。鋰離子...

- 2019年7月21日23時00分
- 科學文摘 / 博科園

博科園

風能或光伏等可再生能源是間歇性的,生產高峰並不一定跟隨需求高峰。因此,儲存綠色能源對於擺脫化石燃料至關重要。光伏電池和風力發電產生的能量被儲存起來,以備以後需要時使用。鋰離子技術是目前性能最好,基於電池的儲能技術。鋰離子電池用於小型電子產品(智慧型手機、筆記本電腦),是電動汽車的最佳選擇。鋰離子電池有缺點嗎?例如鋰離子電池可能會因為製造問題起火,這在一定程度上是由於使用液體有機電解質的電流電池。

這些有機電解質是電池所必需的,但極易燃燒。解決方案?由易燃液體電解質轉變為固體電解質(即,轉向全固態電池)。這是一個非常困難的步驟,因為鋰離子在固體中比在液體中移動得慢。這種低機動性限制了電池的充放電性能。科學家們一直在尋找能夠製造全固態電池的材料。來自UCLouvain的科學家現在已經發現了這種物質,LiTi22(PS4)3,或LTPS。LTPS具有在固體中測量到的最高鋰擴散係數(鋰遷移率的直接測量)。LTPS的擴散係數遠遠高於任何已知物質,研究結果發表在《化學》上。


這種鋰的遷移率直接來自於獨特晶體結構(即,原子排列)的LTPS。這一機制為鋰離子導體領域開闢了新的前景,並超越了LTPS。為尋找具有類似擴散機制的新材料開闢了道路。需要對這種材料進行進一步的研究和改進,以使其將來能夠商業化。儘管如此,這一發現在理解具有極高鋰離子遷移率的材料方面邁出了重要一步,而未來的全固態電池最終需要這種材料。這些材料,包括LTPS,可以用於許多技術,從汽車到智慧型手機。包括全固態鋰離子電池在內的許多技術,都需要高離子導電的固態材料。

了解晶體結構如何決定離子擴散是快速離子導體發展的基礎。在這些研究中,證明了LiTi 2(PS 4) 3的鋰離子擴散係數,比目前最先進鋰離子擴散係數高一個數量級。通過不尋常的LiTi 2(PS 4)

3晶體結構來解釋這一觀察結果,因為它沒有正方體或八面體的位置讓Li占據。這創造了一個平滑,令人沮喪的能量景觀,類似於液體中的能量景觀,而不是那些典型的固體。這種令人沮喪的能量景觀導致了高擴散係數,結合了低活化能和高預因子。

博科園|研究/來自:魯汶大學


參考期刊《化學》


DOI: 10.1016/j.chempr.2019.07.001

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