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(bào)道，韓國(guó)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(tuán)隊(duì)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(dá)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(tuán)隊(duì)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(shí)間縮短三分之一以上。預(yù)計(jì)該項(xiàng)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(jìn)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(dòng)汽車和儲(chǔ)能設(shè)備。不過(guò)，由于此種電池的安全問(wèn)題被屢次提及，人們對(duì)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(wèn)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(guò)，與鋰離子可以自由移動(dòng)的液態(tài)電解質(zhì)不同，由于鋰離子的移動(dòng)被限制在一個(gè)堅(jiān)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(diǎn)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(jì)價(jià)值。
Kim博士研究團(tuán)隊(duì)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(qiáng)導(dǎo)電性的固態(tài)電解質(zhì)。同時(shí)，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(guò)，由于該結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，將鋰離子困在一個(gè)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(tuán)隊(duì)最近研發(fā)了一種新型鋰離子通道，通過(guò)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(dá)到了10.2 mS/cm，與室溫下傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)相當(dāng)，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(tuán)隊(duì)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?yàn)閭鹘y(tǒng)固態(tài)反應(yīng)工藝需要幾天以上的處理時(shí)間，而該研究提出的簡(jiǎn)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(shí)間縮短至10小時(shí)以內(nèi)。
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