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在确保安全运行的同时,改善能源存储和延长电池寿命的巨大挑战正变得越来越重要,因为从便携式设备到电动汽车,我们对这种能源的依赖越来越大。由材料科学与工程助理教授袁洋领导的哥伦比亚大学工程团队于2019年4月22日宣布,他们已经开发出一种新的方法,通过植入氮化硼纳米涂层来稳定锂金属电池中的固体电解质,从而安全延长电池寿命,其研究发现发表在《焦耳》上。传统锂离子电池目前广泛应用于日常生活中,但其能量密度较低,导致电池寿命较短。
并且由于电池内部含有高度易燃的液体电解质,可能会短路甚至起火。用锂金属代替锂离子电池中使用的石墨阳极,可以提高能量密度:锂金属的理论充电容量比石墨高近10倍。但在电镀锂的过程中,树突往往会形成,如果它们穿透电池中间的隔膜,就会造成短路,引发人们对电池安全的担忧。研团队决定专注于固体陶瓷电解质,与传统的锂离子电池中的易燃电解质相比,它们在提高安全性和能量密度方面显示出巨大的潜力。对可充电固态锂电池特别感兴趣,因为它们是下一代能源存储的有前景的候选产品,大多数固体电解质是陶瓷的,因此不易燃,消除了安全隐患。
一种人造氮化硼(BN)薄膜在化学和机械上都能抵抗锂,它通过电子方式将磷酸铝钛锂(LATP)与锂隔离,但在被聚氧乙烯(PEO)渗透时仍能提供稳定的离子通道,从而实现稳定的循环。图片:Qian Cheng/Columbia Engineering此外,固体陶瓷电解质具有较高的机械强度,实际上可以抑制锂枝晶的生长,使锂金属成为电池阳极的涂层选择。然而,大多数固体电解质对锂离子不稳定,易被金属锂腐蚀,不能用于电池。该论文的第一作者、应用物理和应用数学学系博士后科学家钱成(音译)说:锂金属对于提高能量密度是不可缺少的,所以我们能够将它用作固体电解质的阳极至关重要。为了使这些不稳定的固体电解质适应实际应用,需要开发一个化学和机械上稳定界面来保护这些固体电解质免受锂阳极的伤害。
为了运输锂离子,界面不仅要具有高度的电子绝缘性,而且还要具有离子导电性,这是至关重要的。此外,该接口必须超薄,以避免降低电池的能量密度。为了应对这些挑战,该团队与布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Lab)和纽约城市大学(City University of New York)同事合作。沉积了5~ 10nm的氮化硼(BN)纳米膜作为保护层,隔离金属锂与离子导体(固态电解质)之间的电接触,并加入少量聚合物或液体电解质渗入电极/电解质界面。选择BN作为保护层,因为它在化学和机械上与金属锂稳定,提供了高度的电子绝缘。设计氮化硼层具有内在缺陷,锂离子可以通过它,使它成为一个优秀的分离器。
(图示)左图显示接触到锂金属的磷酸铝钛锂(LATP)颗粒会立即被还原,锂与固体电解质之间严重的副反应会使电池在几个周期内发生故障。右边显示的是一种人造氮化硼薄膜,它在化学和机械上都能抵抗锂。它通过电子方式将LATP与锂隔离,但当被聚乙烯氧化物(PEO)渗透时,仍能提供稳定的离子通道,从而实现稳定的循环。图片:Qian Cheng/Columbia Engineering
此外,化学气相沉积法制备氮化硼容易形成大尺度(~dm级)、原子薄尺度(~nm级)和连续薄膜。虽然早期研究使用厚度仅为200微米的聚合物保护层,但新研究厚度仅为5~10纳米的BN保护膜在这种保护层极限下仍然很薄,而不会降低电池的能量密度。这是一种完美的材料,可以作为一种屏障,防止金属锂侵入固态电解质。就像防弹背心一样,开发了一种针对不稳定固体电解质的锂金属防弹背心,通过这项创新,实现了长循环寿命的锂金属电池。研究人员目前正在将新方法扩展到不稳定固体电解质的广泛范围,并进一步优化界面,希望制造出高性能、长循环寿命的固态电池。
博科园-科学科普|研究/来自: 哥伦比亚大学工程与应用科学学院参考期刊文献:《Joule》DOI: 10.1016/j.joule.2019.03.022博科园-传递宇宙科学之美
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2009年,我国正式开启了新能源汽车的示范推广工作,启动了新能源汽车“十城千辆”计划,对新能源汽车进行小批量推广。随后2012-2014年,北京、上海等地新能源汽车开始示范应用,新能源汽车开始进入私人消费时代。本文来源:微信公众号Everledger易葳录从新能源汽车行业看,汽车动力电池的使用年限为5-8
据悉,特斯拉一项新专利有望将电动汽车动力电池的使用寿命延长至一百万英里(约160万公里),该专利描述了一种用于电池单元的新锂化工艺,该工艺有可能提高电池质量,甚至可能节省成本。以前的加热方法有时会导致名为锂基板Li5AIO4的杂质形成,而降低电池中的锂含量。虽然可以减少污染,但也会使电池的
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日本光学特殊玻璃制造商ohara近日推出了一款新型锂离子传导性玻璃陶瓷“LICGCPW-01”,将这种材料微量添加到正极中,可以使锂离子电池寿命提高4倍。本文来源:微信公众号DT新能源材料ID:DTNewEnergyMaterials“LICGC”系列无机氧化物固体电解质是ohara于1995年开发的,该电解质不仅具有高离子传导率,
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北极星储能网获悉,9月11日,上海市经济信息化委发布关于征集上海市低空经济产业重点项目的通知,文件明确,征集重点项目领域包括关键配套研发项目:1.先进动力配套(如高能量密度航空动力电池、高功重比航空动力电驱等)2.网联通导配套(如导航设备、通信设备、感知设备、监测设备等)3.关键系统配套
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北极星储能网获悉,9月2日,南都电源在投资者互动平台表示,公司自2017年开展固态电池的研制工作,并于2020年承担浙江省固态电池重点研发计划,目前固态电池产品能量密度可达350Wh/kg,循环寿命2000次,已通过热箱、短路等安全项测试,各项指标顺利完成,将于今年四季度完成项目验收。公司固态电池产品
记者28日从中国科学技术大学获悉,该校谈鹏教授和肖旭博士后在火星大气电池研究中取得重要进展——提出了一种火星电池。据介绍,该电池以火星大气成分(模拟参照火星上大气成分比例配比)作为电池反应燃料物质,可实现高能量密度和长循环性能。相关研究成果日前发表于《科学通报》(ScienceBulletin)。火
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北极星储能网获悉,据内部人士透露,吉利CEO淦家阅近日在吉利内部经营大会上表示,吉利在全固态电池领域取得最新进展,吉利自研全固态电池已实现20Ah标准尺寸电芯开发,全固态电芯能量密度超400Wh/kg,或将率先实现发布和量产装车。公开资料显示,近五年,吉利研发投入累计超1100亿元人民币,其中最重
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