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，因為它們能夠存儲大量能量。傳統(tǒng)上，這些電池由可燃液體電解質(zhì)和兩個電極(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。樹枝狀晶體可以刺穿隔開兩個電極的膜。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。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)新研究所所長合作Li和Wang在開發(fā)能量儲存和發(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基質(zhì)中。基質(zhì)在室溫下保持可流動，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)胞長得多。

“這種新的加工路線使得鋰金屬基電池陽極具有流動性，與普通鋰金屬相比具有非常吸引人的安全性和性能。實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，他們的方法可能會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。例如，它可以用于制造用于電動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。