采用半液態(tài)金屬負(fù)極有助于制造更安全的高能金屬鋰電池

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)梅隆科學(xué)學(xué)院和工程學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種半液態(tài)鋰金屬負(fù)極，代表了電池設(shè)計的一種新模式。采用這種新型電極制備的鋰電池或許比采用傳統(tǒng)鋰箔作為負(fù)極的鋰金屬電池容量更大并且更安全。華納大學(xué)卡內(nèi)基梅隆分校自然科學(xué)教授Krzyszt表示，在鋰離子電池中將金屬鋰作為負(fù)極，理論上比石墨負(fù)極電池具有更大的電池容量。關(guān)鍵是確保制造的電池要安全。他們建議將目前電池中使用的揮發(fā)性液體電解質(zhì)用固體陶瓷電解質(zhì)代替作為解決方案。這些陶瓷電解質(zhì)具有很強的導(dǎo)電性、不燃燒并且足以抵抗枝晶。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)，陶瓷電解質(zhì)與固體鋰負(fù)極之間的接觸不足以儲存和供應(yīng)大多數(shù)電子產(chǎn)品所需的電量。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)化學(xué)系的博士生李思培和材料科學(xué)與工程系的博士生王漢培，通過創(chuàng)造一類可用作半液態(tài)金屬負(fù)極的新材料來克服這一缺點，通過與理學(xué)院的Matyjaszewski等合作，創(chuàng)造了一種雙導(dǎo)電聚合物/碳復(fù)合材料基質(zhì)，其鋰微粒均勻分布其上。基質(zhì)在室溫下仍然可以流動，因此能夠與固體電解質(zhì)充分接觸。

半液態(tài)鋰金屬負(fù)極與石榴石固體陶瓷電解質(zhì)相結(jié)合，電池的電流密度比固體電解質(zhì)和傳統(tǒng)鋰箔負(fù)極的電流密度高10倍。這種電池的循環(huán)壽命也比傳統(tǒng)電池長得多。這一新的制造方法造就了鋰金屬電池負(fù)極，相比普通鋰金屬，其流動性具有良好的安全性和使用性能。采用這樣的新材料或許令可充電鋰電池產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。研究人員相信，他們的方法或許意義深遠(yuǎn)。例如，可以用于電動汽車及可折疊設(shè)備上特種高容量電池的制造。此外，他們相信這種方法可以擴展到鋰以外的其他可充電電池系統(tǒng)，包括金屬鈉電池和鉀電池，并可能用于電網(wǎng)級儲能。