高性能固態(tài)電解質(zhì) 電導(dǎo)率與液態(tài)電解質(zhì)媲美
據(jù)外媒報道，韓國科學(xué)技術(shù)研究院（Korea Institute of Science and Technology，KIST）能源材料中心的Hyoungchul Kim博士研究團隊成功研發(fā)了一款基于硫化物的超離子導(dǎo)體，可作為一種高性能固態(tài)電解質(zhì)，用于全固態(tài)電池。此種新材料能夠在室溫下，讓鋰離子的電導(dǎo)率達到10.2 mS/cm，可與典型鋰離子電池中使用的液態(tài)電解質(zhì)相媲美。此外，該研究團隊還研發(fā)了一種新型合成技術(shù)，可以將現(xiàn)有合成技術(shù)的處理時間縮短三分之一以上。預(yù)計該項技術(shù)將極大地加速超離子固態(tài)電解質(zhì)材料的量產(chǎn)，促進全固態(tài)電池的商業(yè)化。
目前，基于液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池主要用于電動汽車和儲能設(shè)備。不過，由于此種電池的安全問題被屢次提及，人們對現(xiàn)有采用易燃液態(tài)電解質(zhì)的電池的各種擔(dān)憂也有所增加。為了解決這一安全問題，最近，全固態(tài)電池技術(shù)（所有的電池組件都被固態(tài)材料取代）引起了極大的關(guān)注。不過，與鋰離子可以自由移動的液態(tài)電解質(zhì)不同，由于鋰離子的移動被限制在一個堅硬的固態(tài)晶格中，固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率只有液態(tài)電解質(zhì)的1/10至1/100。這一點也成為研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)中最重要、最困難的挑戰(zhàn)之一，而且也有巨大的技術(shù)和經(jīng)濟價值。
Kim博士研究團隊采用一種稱為硫銀鍺礦的硫化物晶體結(jié)構(gòu)，研發(fā)出一種具有超強導(dǎo)電性的固態(tài)電解質(zhì)。同時，由于該晶體結(jié)構(gòu)的鋰離子濃度高且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因而具有很高的應(yīng)用前景。不過，由于該結(jié)構(gòu)的獨特性，將鋰離子困在一個位于硫銀鍺礦晶體的八面體籠中，其鋰離子電導(dǎo)率仍然低于4 mS/cm。然而，該研究團隊最近研發(fā)了一種新型鋰離子通道，通過應(yīng)用一種技術(shù)，在特定的原子位置上，選擇性地替換掉一種鹵素元素——氯，從而讓鋰離子能夠穿越該八面體籠。KIST研發(fā)的新型固態(tài)電解質(zhì)材料的鋰離子電導(dǎo)率達到了10.2 mS/cm，與室溫下傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)相當，而且在各種電池工作條件下仍能保持電化學(xué)穩(wěn)定性。
此外，由KIST研究團隊研發(fā)的新型合成法由于可能將超離子固態(tài)電解質(zhì)材料的量產(chǎn)率大幅提高，而受到了更多關(guān)注，因為傳統(tǒng)固態(tài)反應(yīng)工藝需要幾天以上的處理時間，而該研究提出的簡單合成法將納米晶成核工藝與紅外快速熱處理技術(shù)相結(jié)合，將處理時間縮短至10小時以內(nèi)。
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