全新固態電池 兩電極能量密度均為460Wh/kg

科學家開發出一種新的固態電池。它的特點：它有一個由純鋰制成的陽極。堿金屬被認為是理想的電極材料，因為它實現了最高的能量密度。但由于金屬具有很強的反應性，因此尚未用作陽極。然而，研究人員通過使用另外兩層新型聚合物來欺騙這種性質。這些層保護電池的陶瓷電解質，從而戒備金屬以破壞性方式沉積。在試驗室探測中，數百次充電循環是可能的，而細胞不會顯著損失容量。

預計未來有重大意義

固體電池被認為是將來的緊要發展。它們的特殊優勢是固態電池不含任何可能泄漏或著火的液體。因此，與目前的液體電解質鋰電池相比，它們更安全，更可靠，更耐用。同時，固態電池有可能在相同的空間內存儲更多的能量而且重量更輕。因此，預計該技術可以幫助各個范疇實現沖破。可能的使用場景包括電動交通，但也可以考慮醫療和空間技術中的小眾使用。

研究人員的目標是張大人們對固態電池的概念，使得鋰陽極可以穩定運行，已經實現了這一目標。在實現最高可能的能量密度時，鋰作為陽極被認為是首選材料。因為最輕的金屬也是所有化學元素中最具電負性的。

新型固態電池的兩個電極的能量密度均為460Wh/kg。與目前的鋰電池相比，這是一個非常好的價值。此外，該設計還有其他優勢。與使用液體電解質的傳統鋰電池相比，固態電池對溫度的敏感性要低得多。這意味著它們不需要任何溫度管理裝置，例如先前在電動車中使用的裝置，這應當可以節省額外的重量。

聚合物薄膜作為保護層

具有混合電解質的固態電池的結構?S

通過在陽極和電解質之間安裝聚合物膜，可以使用由純鋰制成的陽極。充電時，純鋰往往會形成不受控制的過量。這些所謂的枝晶可以使電池短路或機械破壞它。因此，在今天的鋰電池的陽極中，鋰原子儲存在儲存介質中，通常是石墨。這使電極和整個電池的重量增加了許多倍。

聚合物起到保護層的作用，首先可以使用鋰陽極。它可以戒備陶瓷電解質與陽極上的金屬鋰筆直接觸。這可以戒備陶瓷電解質中的枝晶形成和化學變化等有害過程損害電池的功能。試驗室的初步探測已經成功。可以測試到超過500次充電和放電循環，同時幾乎沒有任何性能損失。

“關于電池的特殊之處在于它盡管具有中等導電性的聚合物但仍能發揮作用;在某些方面甚至比沒有更好，他開發了屬于聚磷腈類的特殊聚合物。

聚合物層在加工過程中作為液體施加。它深深地滲透到多孔陶瓷電解質中。這改善了固體電解質和固體電極之間的接觸-這是固態電池的常見問題。該過程不需要穩定且沉重的外殼來機械壓縮各種部件并確保良好的連接。這也節省了重量并有助于增加能量密度。

雙能量密度但充電時間更長

然而，作為各個組件之間的附加屏障，聚合物層也對電池的性能，特別是對電流的性能具有負面影響。去年，科學家們展示了一種運行良好，快速充電的固態電池，可在半小時內充電和放電。使用鋰陽極和混合電解質，他們今朝已經成功地將理論能量密度加倍。但是，充電時間現已延長至兩小時。對于固態電池來說，這依然是一個很好的價值。

電池仍處于早期開發階段，只能在有限的范圍內進行踐行。例如，電池在操作期間當前非得保持在50攝氏度的最低溫度，以使混合電解質保持可透過電荷載體。“對于低價使用，制造過程依然過于昂貴。然而，功能單元顯示混合電解質可以避免固態電池接口處的典型問題。具有高能量密度的固有安全電池可能已經成為利益使用的關注，其中成本不起主要作用。

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