美国研发新型柔软固体电解质 可改善锂金属电池增加电动汽车续航

为了开发可将电动汽车续航里程延长至数百英里的可充电电池，科学家们致力于用锂金属阳极取代现有电动汽车电池中使用的石墨阳极。

图片来源：劳伦斯伯克利国家实验室然而，尽管锂金属可以使电动汽车的续航里程增加30%至50%，但它也缩短了电池寿命。因为产生了锂枝晶，这是在电池的多次充电和放电循环后在锂阳极上形成的小树枝状缺陷。更糟糕的是，如果枝晶与阴极接触，也可能导致电池短路。几十年来，研究人员一直认为，硬质固体电解质，如陶瓷制成的电解质，在防止树枝状物穿透电池方面最有效。然而，许多人也发现，这种方法的问题在于，它并不能从一开始就阻止树突的“形成”或“成核”，就像最终在汽车挡风玻璃上扩散的小裂缝一样。现在，据外媒报道，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员与卡内基梅隆大学合作开发了一种新型软固体电解质。这种电解质由聚合物和陶瓷制成，可以在枝晶扩散导致电池故障之前抑制枝晶的早期成核。这项技术是伯克利国际实验室在其用户设施进行跨学科合作的一个例子，以研究组装、表征和开发固态电池材料和设备的新想法。固态储能，如具有固体电极和固体电解质的固态锂金属电池，既具有高能量密度又具有优异的安全性，但这项技术还需要克服与材料和加工相关的各种挑战。研究人员表示，用新型电解质开发的锂金属电池甚至可以用于驱动电动飞机。设计这种软固体电解质的关键是使用具有微孔的软聚合物，其中填充有纳米级陶瓷颗粒。由于电解质仍然是一种柔性柔软的固体材料，电池制造商可以将其用作层压材料，在阳极和电池隔板之间形成一卷锂箔。这种类型的锂电极组件是一种很有前途的替代品，可以直接取代传统的石墨阳极，使电池制造商能够使用现有的生产线生产新的电池。为了展示新型PIM复合电解质的树枝状抑制性能，研究人员使用伯克利国家实验室先进光子源的X射线创建了锂金属和电解质之间界面的3D图像，并可视化了高电流下长达16小时的锂电镀和锂剥离过程。当一种新的PIM复合电解质出现时，可以观察到锂继续稳定增长；当没有这种电解质时，界面显示出早期树枝状生长的迹象。上述结果和其他数据证实了锂金属电沉积物理模型的预测，该模型考虑了固体电解质的化学和机械财产。研究人员表示，“尽管电动汽车和电动垂直起降飞机有独特的功率要求，但PIM复合固体电解质技术是多功能的，可以在高功率下工作

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