锂离子电池也有缺点,发现全固态电池的新材料

解决方案?从液态易燃电解质转换为固态。这是一个非常困难的步骤,因为固体中的锂离子比液体中的锂离子流动性差。这种较低的移动性限制了电池在充电和放电速度方面的性能。

这些有机电解质是电池所必需的,但极易燃烧。解决方案?由易燃液体电解质转变为固体电解质(即,转向全固态电池)。这是一个非常困难的步骤,因为锂离子在固体中比在液体中移动得慢。这种低机动性限制了电池的充放电性能。科学家们一直在寻找能够制造全固态电池的材料。来自UCLouvain的科学家现在已经发现了这种物质,LiTi223,或LTPS。LTPS具有在固体中测量到的最高锂扩散系数(锂迁移率的直接测量)。LTPS的扩散系数远远高于任何已知物质,研究结果发表在《化学》上。

锂离子技术是目前性能最好的电池储能技术。锂离子电池用于小型电子产品,是电动汽车的最佳选择。他们的缺点?例如,由于制造问题,锂离子电池会着火。这部分是由于当前电池中存在液态有机电解质。这些有机电解质是电池所必需的,但极易燃烧。

风能或光伏等可再生能源是间歇性的,生产高峰并不一定跟随需求高峰。因此,储存绿色能源对于摆脱化石燃料至关重要。光伏电池和风力发电产生的能量被储存起来,以备以后需要时使用。锂离子技术是目前性能最好,基于电池的储能技术。锂离子电池用于小型电子产品(智能手机、笔记本电脑),是电动汽车的最佳选择。锂离子电池有缺点吗?例如锂离子电池可能会因为制造问题起火,这在一定程度上是由于使用液体有机电解质的电流电池。

我们现在有什么?

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风能或光伏等可再生能源是间歇性的。生产高峰不一定跟在需求高峰之后。因此,储存绿色能源对于远离化石燃料至关重要。光伏电池所产生的能量在白天储存起来,在有风的时候利用风力发电,以备日后需要时使用。

了解晶体结构如何决定离子扩散是快速离子导体发展的基础。在这些研究中,证明了LiTi 2 3的锂离子扩散系数,比目前最先进锂离子扩散系数高一个数量级。通过不寻常的LiTi 2 3晶体结构来解释这一观察结果,因为它没有正方体或八面体的位置让Li占据。这创造了一个平滑,令人沮丧的能量景观,类似于液体中的能量景观,而不是那些典型的固体。这种令人沮丧的能量景观导致了高扩散系数,结合了低活化能和高预因子。

作者:Université catholique de Louvain

这种锂的迁移率直接来自于独特晶体结构的LTPS。这一机制为锂离子导体领域开辟了新的前景,并超越了LTPS。为寻找具有类似扩散机制的新材料开辟了道路。需要对这种材料进行进一步的研究和改进,以使其将来能够商业化。尽管如此,这一发现在理解具有极高锂离子迁移率的材料方面迈出了重要一步,而未来的全固态电池最终需要这种材料。这些材料,包括LTPS,可以用于许多技术,从汽车到智能手机。包括全固态锂离子电池在内的许多技术,都需要高离子导电的固态材料。

科学家们一直在寻找能够使这些未来的全固态电池成为可能的材料。来自加州大学的研究人员最近发现了这种材料。它的名字?LITI23或LTPS。研究人员在LTPS中观察到了有史以来在固体中测量到的最高锂扩散系数。LTPS的扩散系数比已知材料高得多。研究结果发表在《细胞出版社化学》科学期刊上。

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发现了吗?这种锂迁移率直接来自LTPS独特的晶体结构。对这一机制的理解为锂离子导体领域开辟了新的视角,并且在LTPS之外,为寻找具有类似扩散机制的新材料开辟了一条道路。

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研究人员发现了一种新的高性能、安全的电池材料,能够将充电和放电速度提高到迄今为止从未达到的水平。实际上,如果第一次试验得到证实,这种新材料将可以用于未来的电池,具有更好的储能、更快的充放电速度和更高的安全性,适用于智能手机、电动自行车和汽车等多种用途。

接下来是什么?研究人员需要进一步研究和改进这种材料,以使其未来商业化。然而,这一发现是理解具有极高锂离子迁移率的材料的重要一步,锂离子迁移率是未来发展“全固态”电池所最终需要的。包括LTPS在内的这些材料可能最终被用于我们日常生活中从汽车到智能手机的许多技术中。

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这项研究是与丰田公司合作进行的,丰田公司在科学和财政上支持这项研究。已经提交了一项专利,将加州大学的研究人员列为发明人。

UCLouvain的发现

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