传统的固体聚合物电解质电池由于结构限制而性能不佳,阻碍了最佳电极接触。这也无法消除枝晶问题,即在反复充电和放电循环中,锂会以树状结构生长。枝晶是一个关键问题,因为不规则的锂生长会破坏电池连接,可能导致火灾和爆炸。
因此,研究团队开发了一种三层结构的电解质来解决这些问题。每层都有不同的功能,大大提高了电池的安全性和效率。这种电解质包含十溴二苯乙烷 (DBDPE) 以防止起火,沸石以提高电解质的强度,以及高浓度的锂盐,锂双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺 (LiTFSI),以促进锂离子的快速移动。
三层固体电解质具有坚固的中间层,可提高电池的机械强度,而其柔软的外表面可确保出色的电极接触,从而促进锂离子的轻松移动。这使锂离子移动得更快,提高了能量传输速率并有效防止枝晶形成。
实验显示,研究团队研制的电池经过1000次充放电循环后,性能保留率约为87.9%,与传统电池性能保留率一般为70%~80%相比,耐用性有明显提升。
它还可以在火灾中自熄,从而大大降低火灾风险。这种电池预计将应用于各个领域,从智能手机和可穿戴设备等小型设备到电动汽车和大型储能系统。
Kim 博士表示:“这项研究预计将对使用[固体聚合物]电解质的锂金属电池的商业化做出重大贡献,同时为储能设备提供增强的稳定性和效率。”