最高能量密度的全固态电池现在是可能的

最高能量密度的全固态电池现在是可能的

东北大学和高能加速器研究组织的科学家们开发了一种新的复合氢化物锂超离子导体,这种导体可以产生迄今为止能量密度最高的固态电池。

研究人员说,这种新材料是通过设计氢原子团簇(复杂阴离子)的结构而获得的,它对锂金属具有很高的稳定性,这将使其成为所有固态电池的最终阳极材料。

所有采用锂金属阳极的固态电池都有可能解决传统锂离子电池的能量密度问题。但到目前为止,锂离子在实际电池中的应用一直受到高锂离子转移电阻的限制,这主要是由于固体电解质对锂金属的不稳定性造成的。

这一新的固体电解质表现出高离子导电性和对锂金属的高稳定性,因此可以成为所有使用锂金属阳极的固态电池的真正突破。

“我们预计,这一发展不仅将激发未来寻找基于复合氢化物的锂超子导体的努力,而且将在固体电解质材料领域开辟一个新的趋势,这可能导致高能量密度电化学装置的发展,”Shin-ichi Orimo的研究小组的Sangryun Kim说。和谷大学。

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采用复合氢化物的高能量密度全固态锂金属电池。金圣贤和奥利莫新一

背景

全固态电池是解决目前锂离子电池存在的电解质泄漏、可燃性和有限能量密度等内在缺陷的理想选择。

锂金属被广泛认为是所有固态电池的最终阳极材料,因为它在已知的阳极材料中具有最高的理论容量(3860 mAh g−1)和最低的电位(-3.04 V与标准氢电极)。

锂离子导电固体电解质是所有固态电池的关键组成部分,因为固体电解质的离子导电性和稳定性决定了电池的性能。

问题是,大多数现有的固体电解质具有化学/电化学不稳定性和/或与锂金属的物理接触不良,不可避免地会在界面处引起不必要的副反应。这些副反应导致界面电阻增加,在重复循环过程中电池性能大大降低。

正如先前的研究所揭示的那样,提出了锂金属合金化和界面改性等策略,这种降解过程很难解决,因为它的起源是锂金属阳极与电解质的高热力学反应性。

使用锂金属阳极的主要挑战是固体电解质的高稳定性和高锂离子导电性。

金说:“复杂的氢化物在解决与锂金属阳极有关的问题上受到了广泛的关注,因为它们对锂金属阳极具有优异的化学和电化学稳定性。”但由于其离子导电性较低,在实际电池中尚未尝试使用复合氢化物和锂金属阳极。因此,我们非常有动机地想知道,开发出在室温下具有锂超离子导电性的复合氢化物,是否能够使锂金属阳极的使用成为可能。它奏效了。”

东北大学的研究小组由材料研究所(IMR)的金圣贤和先进材料研究所(AIMR)的奥里莫新一领导。成员包括来自该大学多学科研究所(IMRAM)的Dorai Arunkumar、Naoaki Kuwata和Junichi Kawamura,以及来自高能加速器研究组织的Toshiya Otomo。

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