高性能固態(tài)電解質 電導率與液態(tài)電解質媲美
據(jù)外媒報道，韓國科學技術研究院（Korea Institute of Science and Technology，KIST）能源材料中心的Hyoungchul Kim博士研究團隊成功研發(fā)了一款基于硫化物的超離子導體，可作為一種高性能固態(tài)電解質，用于全固態(tài)電池。此種新材料能夠在室溫下，讓鋰離子的電導率達到10.2 mS/cm，可與典型鋰離子電池中使用的液態(tài)電解質相媲美。此外，該研究團隊還研發(fā)了一種新型合成技術，可以將現(xiàn)有合成技術的處理時間縮短三分之一以上。預計該項技術將極大地加速超離子固態(tài)電解質材料的量產，促進全固態(tài)電池的商業(yè)化。
目前，基于液態(tài)電解質的鋰離子電池主要用于電動汽車和儲能設備。不過，由于此種電池的安全問題被屢次提及，人們對現(xiàn)有采用易燃液態(tài)電解質的電池的各種擔憂也有所增加。為了解決這一安全問題，最近，全固態(tài)電池技術（所有的電池組件都被固態(tài)材料取代）引起了極大的關注。不過，與鋰離子可以自由移動的液態(tài)電解質不同，由于鋰離子的移動被限制在一個堅硬的固態(tài)晶格中，固態(tài)電解質的鋰離子電導率只有液態(tài)電解質的1/10至1/100。這一點也成為研發(fā)固態(tài)電池技術中最重要、最困難的挑戰(zhàn)之一，而且也有巨大的技術和經濟價值。
Kim博士研究團隊采用一種稱為硫銀鍺礦的硫化物晶體結構，研發(fā)出一種具有超強導電性的固態(tài)電解質。同時，由于該晶體結構的鋰離子濃度高且結構穩(wěn)定，因而具有很高的應用前景。不過，由于該結構的獨特性，將鋰離子困在一個位于硫銀鍺礦晶體的八面體籠中，其鋰離子電導率仍然低于4 mS/cm。然而，該研究團隊最近研發(fā)了一種新型鋰離子通道，通過應用一種技術，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)電解質材料的鋰離子電導率達到了10.2 mS/cm，與室溫下傳統(tǒng)液態(tài)電解質相當，而且在各種電池工作條件下仍能保持電化學穩(wěn)定性。
此外，由KIST研究團隊研發(fā)的新型合成法由于可能將超離子固態(tài)電解質材料的量產率大幅提高，而受到了更多關注，因為傳統(tǒng)固態(tài)反應工藝需要幾天以上的處理時間，而該研究提出的簡單合成法將納米晶成核工藝與紅外快速熱處理技術相結合，將處理時間縮短至10小時以內。
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