新的锂离子超导体可实现安全,高性能的全固态电池

固体电解质表面电导率

基于液体电解质的锂离子电池主要用于电动汽车电池和储能设备。然而,随着电池安全问题最近被多次提出,对使用易燃液体电解质的现有电池的各种担忧已经增加。为了解决这一安全问题,全固态电池技术最近引起了人们的极大关注,该技术将所有电池部件都换成了固态材料。KIST的金博士的研究团队已经开发出了一种具有超离子导电性的固体电解质,使用的是一种以硫化物为基础的晶体结构,称为菱形石。来源:韩国科学技术学院(KIST)

一种快速锂离子导电与典型电池中使用的液体电解质相当的固体电解质材料。为锂离子超导体开发的一种创新合成,在生产率和材料性能之间没有任何折衷。

Hyoungchul Kim博士的研究团队从韩国科学技术研究所能源材料研究中心(KIST,代理总裁尹Seok-Jin)成功开发了一种基于硫化物的外观导体,可用于全固态电池中的高性能固体电解质。

超级导体:具有高离子传输性能的材料,对应于室温下为10至100ms / cm的离子电导率。最近这些材料得到了很多关注,因为它们用作各种电化学装置的电解质,例如电池,燃料电池和传感器。

这种新材料在室温下的锂离子电导率为10.2 mS/cm,与典型锂离子电池使用的液体电解质的电导率相当。该研究小组还报道了一种新的合成技术,可以将现有合成技术的处理时间减少三分之一以上。我们期望这项技术将极大地促进超离子固体电解质材料的大规模生产,并为全固态电池的商业化做出贡献。

目前,基于液体电解质的锂离子电池主要用于电动汽车电池和储能设备。然而,随着电池安全问题最近被多次提出,对使用易燃液体电解质的现有电池的各种担忧已经增加。

Hyoungchul Kim博士

Kim Hyoungchul博士,来自韩国科学技术研究所(KIST)能源材料研究中心。来源:韩国科学技术学院(KIST)

为了解决这一安全问题,全固态电池技术最近引起了人们的极大关注,该技术将所有电池部件都换成了固态材料。然而,与其中Li-离子可以自由移动的液体电解质不同,固体电解质具有液体电解质的1/10至1/100的低锂离子电导率,因为Li-离子的运动被限制在a内刚性实体格子。这是全固态电池技术开发中最重要和最困难的挑战之一,其技术和经济价值非常伟大。

KIST的金博士的研究团队已经开发出了一种具有超离子导电性的固体电解质,使用的是一种以硫化物为基础的晶体结构,称为菱形石。

同时,由于锂离子浓度高、结构稳定性好,这种晶体结构具有很高的应用前景,但由于锂离子被困在菱晶八面体笼内的结构独特性,其锂离子电导率一直低于4ms /cm。该研究小组最近开发了一种新的锂离子通道,通过应用一种技术,在特定的原子位置选择性地取代氯(卤素元素),从而跨越八面体笼。

Argyrodite: 1886年,克莱门斯·温克勒在Ag8GeS6矿物中发现了这种晶体结构。近年来,人们对用碱金属(如Li)取代阳离子位点并将其应用于电化学器件进行了大量的研究。

KIST研究人员开发的新型固体电解质材料,锂离子电导率为10.2 mS/cm,相当于常规液体电解质在室温下的电导率,并且在各种电池运行条件下仍保持电化学稳定性。

此外,KIST研究团队报告的新综合方法引起了更多的关注,因为可以最大化超级固体电解质材料的质量生产率。虽然传统的固态反应过程需要超过几天的加工时间,但该研究提出了一种简单的合成方法,该方法结合了纳米晶体成核过程和红外快速热处理技术,以在10小时内缩短工艺时间。

固态反应过程:一种干燥的材料加工过程,其中一个或多个固体反应产物是通过基本粒子的扩散而形成的。为了使反应以适当的速率发生,一般需要高温热处理。

金博士说:“在全固态电池技术领域,包括日本在内的外国研究人员处于领先地位。本研究对开发具有优良质量生产力的高性能固体电解质材料具有重要意义。他进一步评论道,“超离子硫化材料的快速合成很有可能实现商业化,未来可以作为固体电解质广泛应用于电动汽车和储能系统。”

引用:Wo Dum Jung, Ji-Su Kim, sung - jun Choi, Seongmin Kim, Minjae Jeon, Hun-Gi Jung, Kyung Yoon Chung, Jong-Ho Lee, Byung-Kook Kim, Jong-Heun Lee和Hyoungchul Kim, 2020年3月9日纳米字母
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.9b04597

本研究得到了国家贸易、工业和能源部(宋云墨部长)和国防采购计划局(王荣宏部长)资助的民用军事技术合作研究所军民两用技术项目的支持。本研究得到了韩国科学技术研究院机构研究计划和科技部国家研究基金“解决气候变化技术发展计划”(Choi, Ki-young部长)的资助。这项研究的结果已经在网上发表纳米字母(IF: 12.279, JCR的前5.743%),在纳米科学和纳米技术领域享有盛誉的国际期刊。

4评论关于“新型锂离子超导体实现安全、高性能全固态电池”

  1. 克里斯托弗·里德|2020年4月10日晚上11:05|回复

    超越导体与超导体不同。

  2. 如果第一段实际上包含了一个句子而不是片段,那就太好了。即使没有糟糕的语法,解释也不清楚,不简洁。我怀疑这可能是作者没有署名的原因。

    • 我认为第一个“段落”实际上是两个模糊,以较重的字体呈现,表明它们类似于报纸头条或列/文章标题。

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