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[导读]固态电解质本月在旧金山召开的2015年材料研究会议上,PATHION公司展示了两种基于LiRAP的超离子导体固态电解质,分别为锂硫电池中的Li3ClO以及钠离子电池中的LiGlass。不同

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固态电解质

本月在旧金山召开的2015年材料研究会议上,PATHION公司展示了两种基于LiRAP的超离子导体固态电解质,分别为锂硫电池中的Li3ClO以及钠离子电池中的LiGlass。

不同于液态电解质,固态电解质具有极低的膨胀率,省去析气(out-gassing)过程,抑制了阳极和阴极之间的枝晶生长(可能会影响性能),延长了电池寿命。LiRAP固体电解质中的Li 离子在高电压和高电流状态下导电效果更佳,并能提升能量密度、电池电量以及使用安全。

目前PATHION正致力于锂硫电池以及钠离子电池的研发及改进工作。锂硫电池固态电解质同样基于LiRAP,不过目前高能量密度锂硫电池尚未进行商用化的一大障碍是,其电量损耗较快,稳定性不足且循环效率较低,主要是由于其涉及复杂的反应原理,包括锂离子聚硫化物的可溶性不尽相同。

基于Li3ClO的玻璃电解质则可以充当阻止聚硫化物扩散进锂离子的“屏障”,此外,PATHION经过多项实验还发现,使用高效的硫离子阴极可以带来高达6.9毫克/平方厘米的硫密度。

 

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固态电解质原理图

将上述玻璃电解质和高效的硫离子阴极两种因素结合,将大大改善充电效率,并延长电池寿命。目前市场上最好的商用锂电池比能仅为250瓦时/千克,而锂硫电池比能为前者的三倍多,高达800瓦时/千克。此外,新的锂硫材料既可以用在电池上,也可以应用于超级电容器。

PATHION展示的钠离子电池中使用了一种称作LiGlass的固体电解质。在维持性能的基础上,LiGlass在正常室温下或200℃高温下能够带来超快的离子电导率,能量密度超过1,000瓦时/千克。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员最初研发LiRAP超离子固态电解质,主要用于与金属锂阳极以及可再充电的阴极。这种新材料具有极大的Li 离子空位和晶格缺陷,从而在低能量壁垒下加快锂离子转化。

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