來自卡內(nèi)基梅隆大學(xué)梅隆科學(xué)學(xué)院和工程學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種半液態(tài)鋰金屬陽極，代表了電池設(shè)計(jì)的新范例。使用這種新型電極制成的鋰電池可以具有更高的容量，并且比使用鋰箔作為陽極的典型鋰金屬電池更安全。

跨學(xué)科研究小組在當(dāng)前的焦耳問題中發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

鋰基電池是現(xiàn)代電子設(shè)備中最常用的可充電電池類型之一，因?yàn)樗鼈兡軌虼鎯?chǔ)大量能量。傳統(tǒng)上，這些電池由可燃液體電解質(zhì)和兩個(gè)電極(陽極和陰極)制成，它們由膜隔開。在電池反復(fù)充電和放電之后，稱為樹枝狀晶體的鋰線可以在電極表面上生長(zhǎng)。樹枝狀晶體可以刺穿隔開兩個(gè)電極的膜。這允許陽極和陰極之間的接觸，這可能導(dǎo)致電池短路，并且在最壞的情況下，著火。

“將金屬鋰陽極納入鋰離子電池具有創(chuàng)造比具有石墨陽極的電池更大容量的電池的理論潛力，”JC華納大學(xué)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)化學(xué)系自然科學(xué)教授KrzysztofMatyjaszewski說。“但是，我們需要做的最重要的事情就是確保我們制造的電池是安全的。”

對(duì)現(xiàn)有電池中使用的揮發(fā)性液體電解質(zhì)的一種提出的解決方案是用固體陶瓷電解質(zhì)代替它們。這些電解質(zhì)具有高導(dǎo)電性，不可燃性，并且足夠堅(jiān)固以抵抗樹枝狀晶體。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)，陶瓷電解質(zhì)與固體鋰陽極之間的接觸不足以存儲(chǔ)和提供大多數(shù)電子設(shè)備所需的電量。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)化學(xué)系博士生SipeiLi和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)材料科學(xué)與工程系博士生漢王通過創(chuàng)造一種可用作半流體的新型材料，克服了這一缺點(diǎn)。金屬陽極。

與梅隆理工學(xué)院Matyjaszewski(高分子化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者)和工程學(xué)院能源學(xué)教授JayWhitacre以及著名的CarnegieMellonWiltonE.Scott能源創(chuàng)新研究所所長(zhǎng)合作Li和Wang在開發(fā)能量?jī)?chǔ)存和發(fā)電新技術(shù)方面的工作中創(chuàng)造了一種雙導(dǎo)電聚合物/碳復(fù)合材料基質(zhì)，其中鋰微粒均勻分布在整個(gè)基質(zhì)中。基質(zhì)在室溫下保持可流動(dòng)，這使其能夠與固體電解質(zhì)產(chǎn)生足夠的接觸水平。通過將半液體金屬陽極與基于石榴石的固體陶瓷電解質(zhì)相結(jié)合，它們能夠以比固體電解質(zhì)和傳統(tǒng)鋰箔陽極的電池高10倍的電流密度循環(huán)電池。該細(xì)胞的循環(huán)壽命也比傳統(tǒng)細(xì)胞長(zhǎng)得多。

“這種新的加工路線使得鋰金屬基電池陽極具有流動(dòng)性，與普通鋰金屬相比具有非常吸引人的安全性和性能。實(shí)施這樣的新材料可能導(dǎo)致鋰基充電電池的階段性變化，我們是努力工作，看看它如何在各種電池架構(gòu)中發(fā)揮作用，“惠特克說。

研究人員認(rèn)為，他們的方法可能會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。例如，它可以用于制造用于電動(dòng)車輛的高容量電池和用于需要柔性電池的可穿戴設(shè)備的專用電池。他們還認(rèn)為，他們的方法可以擴(kuò)展到鋰電池以外的其他可充電電池系統(tǒng)，包括鈉金屬電池和鉀金屬電池，并且可以用于電網(wǎng)規(guī)模的能量存儲(chǔ)。