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中科院深圳碳中和研究所所長成會明:二維固態電解質材料可顯著提升性能
發布時間:2025-05-15 14:20:00
關鍵詞:鋰電池

  5月15日,由中國化學與物理電源行業協會指導,動力電池應用分會聯合電池中國網共同主辦的“電動航空及下一代電池技術(CIBF2025深圳)交流會”在深圳舉辦。中國科學院深圳先進技術研究院碳中和技術研究所所長、研究員成會明,作題為《固態電池用二維固態電解質材料》的主旨發言。

成會明主旨發言:固態電池用二維固態電解質材料

圖為中國科學院深圳先進技術研究院碳中和技術研究所所長、研究員成會明作主旨發言

  固態電池是未來電池領域的重要發展方向。資料顯示,人類對固態電池和相應的固態電解質研究歷史非常長,已達百年之久。成會明談道,從1921年開始,行業就已經開始研究鹵化物固態電解質,后來又發現氮化物、聚合物、氧化物、硫化物。

  近5-10年來,固態電池質領域的研發非常快,國家也非常重視。成會明指出,固態電池最重要的是固態電解質,因為正負極材料和目前的液態電池變化并不大。現在行業研究的固態電解質大概有四類:以無機為主的氧化物、硫化物、鹵化物,以及以有機為主的聚合物,這四類材料各有優缺點。

  “無機固態電解質最大的優點,是離子傳導率相對比較高,當然和液態比還是差,但相對高;同時熱穩定性好,高電壓穩定性相對好。但最大的問題是成本較高。”成會明分析,有機聚合物固態電解質的優點是成本較低,界面接觸特性等比較好,但它的問題是離子傳導率非常低,相對于無機物至少低一個數量級。

  固態電解質面臨的挑戰顯而易見,這給電池制造工藝帶來很大難點。“我們就要想辦法解決這個問題,嘗試采用二維固態離子傳導材料。”成會明談道,這個材料最重要的是有個二維限域效應,一些理論研究和實驗預測,二維限域空間可能會加速離子傳導。

  “空間大小不一所產生的效應不一樣,比如界面效應、分子篩效應、溶劑擴散效應、量子效應等,因此二維可能極大促進離子傳導”。成會明進一步解釋,相關研究顯示,二維材料離子傳導和溫度關系,遠遠好于其它固態電解質,特別是在低溫下的特質。

  既然這種材料是二維的有機固態電解質,是不是熱穩定性也會有問題?成會明指出,相關實驗表明,二維材料在溶液中浸泡也不分解,遇到明火也具有很好的阻燃性,而且這個材料高溫下不變形。從原料成本看,它的成本基本和聚合物相當,因此具有很好的商業化前景。

  但成會明同時也表示,二維材料也有一些問題,因為二維材料的阻隔,離子跨層傳導就很差。因此“要想規模應用,還得需要大規模制備和組裝,所以我們就沒有選擇二維無機納米片,而選擇了有機分子自組裝。”

  盡管二維材料有了一定改進,但是有沒有更好的固態電解質,或者有沒有其它新型的離子傳導機制?成會明指出,一定要善于利用人工智能突破固態電解質的技術瓶頸,利用人工智能驅動固態電解質體系的設計,收集相應數據進行分析、構建模型、進行訓練驗證,從而加速固態電池研發。

稿件來源: 電池中國網
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