2021 年 9 月 23 日——工程師們創(chuàng)造了一種新型電池，將兩個有前途的電池子領域編織成一個電池。該電池同時使用固態(tài)電解質(zhì)和全硅陽極，使其成為硅全固態(tài)電池。最初的幾輪測試表明，新電池安全、持久且能量密集。它有望用于從電網(wǎng)存儲到電動汽車的廣泛應用。
電池技術在 2021 年 9 月 24 日的《科學》雜志上有所描述。加州大學圣地亞哥分校的納米工程師與 LG Energy Solution 的研究人員合作領導了這項研究。
硅陽極以其能量密度而聞名，比當今商業(yè)鋰離子電池中最常用的石墨陽極高 10 倍。另一方面，硅陽極因其在電池充電和放電時如何膨脹和收縮以及它們?nèi)绾坞S液體電解質(zhì)降解而臭名昭著。盡管具有誘人的能量密度，但這些挑戰(zhàn)使全硅陽極無法用于商用鋰離子電池。多虧了正確的電解質(zhì)，發(fā)表在《科學》雜志上的新工作為全硅陽極提供了一條有前途的道路。
“通過這種電池配置，我們?yōu)槭褂霉璧群辖痍枠O的固態(tài)電池開辟了一個新領域，”該論文的第一作者 Darren HS Tan 說。他最近在加州大學圣地亞哥分校雅各布斯工程學院完成了他的化學工程博士學位，并共同創(chuàng)立了一家初創(chuàng)公司 UNIGRID Battery，該公司已獲得該技術的許可。
具有高能量密度的下一代固態(tài)電池一直依賴金屬鋰作為陽極。但這對電池充電率和充電過程中需要升高的溫度(通常為 60 攝氏度或更高)施加了限制。硅陽極克服了這些限制，可以在室溫到低溫下實現(xiàn)更快的充電速率，同時保持高能量密度。
該團隊展示了一種實驗室規(guī)模的全電池，可在室溫下提供 500 次充電和放電循環(huán)，容量保持率為 80%，這代表了硅陽極和固態(tài)電池社區(qū)的令人興奮的進展。
硅作為陽極替代石墨
當然，硅陽極并不新鮮。幾十年來，科學家和電池制造商一直將硅視為一種能量密度高的材料，以混合或完全替代鋰離子電池中的傳統(tǒng)石墨陽極。從理論上講，硅的存儲容量大約是石墨的 10 倍。然而，實際上，在陽極添加硅以增加能量密度的鋰離子電池通常會遇到現(xiàn)實世界的性能問題：特別是電池在保持性能的同時可以充電和放電的次數(shù)不夠高。
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