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厚度仅为5μm!北化工联合牛津大学研发新型超薄固态电解质

作者: | 发布日期: 2024 年 04 月 17 日 10:23 | 分类: 产业资讯

随着科技的不断进步,对能源存储设备的需求日益增长,特别是在便携式电子设备和电动汽车领域。锂金属电池(LMBs)因其高比能特性而成为研究的热点。

然而,锂金属电池(LMBs)在实际应用中面临着安全性和电解质机械性能的双重挑战。传统的固态电解质(SSE)虽然有助于提高电池的安全性,但其较差的机械性能限制了电池能量密度的进一步提升。

针对这一问题,北京化工大学的王峰教授和牛津大学的副教授团队开展了一系列研究,成功开发出一种新型超薄固态电解质,为高比能锂金属电池的发展开辟了新的道路。

在锂金属电池的研究中,固态电解质的厚度一直是限制能量密度提升的关键因素。

通常,为了确保电池的机械稳定性和安全性,SSE的厚度需要保持在100μm以上。然而,这导致了电池能量密度的降低。因此,研究团队的目标是开发一种既具有高机械强度又足够薄的SSE,以实现LMBs的高能量密度和高安全性。

研究团队采用了一种创新的方法,通过乙二胺四乙酸(EDTA)的强电子效应来诱导聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)发生构象转变。这种转变不仅增强了聚合物电解质的机械强度,还通过细晶强化机制提高了其整体性能。通过这种方法,研究团队成功制备出了一种具有10.6 GPa高杨氏模量的5μm超薄聚合物SSE。

实验结果表明,这种新型SSE不仅具有优异的机械性能,其离子电导率还达到了2.47×10^-4 S cm^-1,转移数为0.59,表明了Li+的高效传导和解离。此外,该SSE还具有4.7V的宽电压窗口和出色的热稳定性,为其在高能量密度电池中应用提供可能。

基于这种新型SSE组装的软包电池,在测试中展现出了超高的能量密度,达到了516 Wh kg^-1和1520 Wh L^-1,表现出良好的应用前景。

该研究题为“An ultrathin solid electrolyte for high-energy lithium metal batteries”,成果已发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。

图片来源:北京化工大学

该论文第一作者为材料学院硕士生刘鲁藩,材料学院王峰教授、牛津副教授、剑桥大学Adrian Fisher教授为本文共同通讯作者,北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务经费等多个项目的资助。

文:集邦固态电池整理

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