固态电池陶瓷材料新突破,有助将固态电池推向民众市场

日前,布朗大学的一个研究小组发现了一种方式,可以将用于制造固态锂离子电池的陶瓷质料的韧性提高一倍,该方式有助于将固态电池推向民众市场。

“人们对用陶瓷质料取代现有电池中的电解液异常感兴趣,由于它们更平安,而且能提供更高的能量密度,”布朗工程学院的博士后研究员、这项研究的第一作者Christos Athanasiou说。到现在为止,对固体电解质的研究主要集中在优化它们的化学性质上。在这项事情中,我们将重点放在机械性能上,希望令他们的使用变得更平安、更适用和更普遍。”

电解液是电池正极和负极之间的屏障,锂离子在充电或放电时通过电解液流动。液态电解质是现在对照理想的锂电质料,大多数电池都是接纳液态电解质,但它们依然存在一些问题。在大电流下,电解液内部会形成细小的锂金属丝,从而导致电池短路。由于液体电解质也是高度易燃的,短路最终可能导致火灾。

固体陶瓷电解质则是不易燃的,有证据解释它们可以防止锂丝的形成,而锂丝可以令电池在更高的电流下事情。然而,陶瓷是高脆性质料,在制造和使用过程中可能会断裂。

固态电池陶瓷质料新突破,有助将固态电池推向民众市场

图片泉源:布朗大学

在这项研究中,研究人员想知道,在陶瓷中注入石墨烯是否可以增添质料的断裂韧性,同时保持电解质功效所需的电子性能。

Athanasiou与布朗大学工程学教授Brian Sheldon和Nitin Padture互助,他们多年来一直在使用纳米质料来加固用于航空航天工业的陶瓷。在这项事情中,研究人员制造了氧化石墨烯的细小片晶,将其与一种叫做LATP的陶瓷粉末夹杂,然后将夹杂物加热以形成一种陶瓷-石墨烯复合质料。

对复合质料的力学测试解释,与单独使用陶瓷相比,复合质料的韧性增添了两倍以上。实验还解释,石墨烯不会影响质料的电学性能。关键是要确保在陶瓷中加入适量的石墨烯。而石墨烯过少则无法到达增韧效果。过多会导致质料导电,这在电解质中是不需要的。

“你希望电解质能传导离子,而不是电,”Padture说。“石墨烯导电性优越,因此人们可能会以为在电解液中加入导体是在搬起石头砸自己的脚。但若是我们将浓度保持在足够低的水平,就可以阻止石墨烯导电,同时我们仍能获得结构上的利益。”

综合来看,这些结果解释,纳米复合质料可以提供一条门路,使力学性能更平安的固体电解质用于一样平常应用。该小组设计继续改善这种质料,实验石墨烯以外的纳米质料和差别类型的陶瓷电解质。

该研究揭晓在Matter上。

声明: 本文由入驻基智地平台的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表基智地立场;基智地发布此信息的目的在于传播更多信息,与本站立场无关。