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    國際新研發:“陶瓷+聚合物”或將成為電動汽車電池材料新方向

    ?? 日期:2022-04-29???? 來源:賢集網????瀏覽:455????
    核心提示:隨著世界各地都開始啟用電動汽車
    隨著世界各地都開始啟用電動汽車,能夠儲存更多能量的新電池顯得尤為“吃香”。NTNU 的研究人員發現,在尋找下一代電池的過程中,發現了一種很有前途的材料。
    外
    在掃描電子顯微鏡下可以看到由稱為 LLZO 的氧化鋰石榴石陶瓷填料制成的納米線
     
    如今,用于智能手機和其他設備以及電動汽車的鋰離子電池包含液體電解質。被稱為離子的帶電原子在電解質中沿一個方向移動,釋放一個電子為設備供電。為了給電池充電,離子通過電解質返回并重新獲得一個電子。
     
    但是具有液體電解質的電池正在接近其理論能量密度極限。為了在不增加電池尺寸的情況下儲存更多能量,研究人員正在研究固態電解質。固態電池將比液態電解質電池更安全、更穩定,因此它們也可用于心臟起搏器和可穿戴設備。
     
    將陶瓷與聚合物混合
     
    一種稱為聚(環氧乙烷)或 PEO 的聚合物適合作為固體電解質,因為它靈活、輕便且易于加工。但有一個問題——PEO 并不擅長電解質需要做好的一件事:傳導鋰離子。另一方面,陶瓷材料可以很好地傳導離子,但不具備聚合物的機械優勢。
     
    因此研究人員開始在聚合物中添加陶瓷粉末作為“填充物”材料。相關人員說:“我們的想法是將陶瓷顆粒放入這些聚合物中,并以某種方式享受兩全其美的體驗。”
     
    事實上,許多出版物報道聚合物電解質在添加填料后能更好地傳導離子,甚至表明填料形成了鋰離子在材料中移動的快速通道網絡。
     
    但在工作中,研究人員發現,填料實際上根本不參與電解質中鋰離子的傳輸。雖然對于那些寄希望于這種簡單的聚合物和陶瓷組合的人來說,這聽起來可能不是好消息,但這一發現可以幫助研究人員走上一條更有成效的道路,最終導致我們可以使用的電池。
     
    理解它的行為方式
     
    研究人員用不同數量的氧化鋰石榴石陶瓷填料(稱為 LLZO)制造了薄膜,顆粒和線的形式都只有納米寬。然后,他們使用掃描電子顯微鏡觀察了膜的橫截面,并與奧地利萊奧本材料研究中心合作,使用 X 射線計算機斷層掃描在微觀尺度上拍攝了材料內部的快照。
     
    將這些快照與材料特性的測量值進行比較意味著研究人員可以得出關于填料顆粒如何影響聚合物中離子行為的結論。相關人員說:“我們可以理解為什么它的行為與它的行為一樣。”
     
    研究人員發現粒子和納米線都均勻分布在整個聚合物中,并且沒有形成可以快速跟蹤鋰離子的網絡。具有更多填料的膜實際上是更差的離子導體,這支持了填料不參與離子傳輸的結論。
     
    相關人員說:“僅僅將填料放入膜內并不會帶來任何改進。提高性能的不是陶瓷的固有特性。”
     
    那么,為什么一些實驗發現添加填料會增加導電性,如果它們實際上并沒有參與離子傳輸呢?相關人員認為,可能是聚合物本身發生的變化賦予了材料優勢——從有序的晶體結構變為更加無定形、不規則的圖案。
     
    能量密度幾乎可以翻倍
     
    這并不意味著添加填料的聚合物是固態電池研究的死胡同。
     
    相關人員說:“使用填充物仍然是一個非常好的策略,但只是將填充物放入內部是不夠的。你必須改善聚合物和陶瓷之間的界面才能使這些膜起作用。”
     
    例如,他正在研究一種通過改變材料表面來幫助材料更好粘合的方法。
     
    如果研究人員能夠找到一種方法來結合兩種材料的優點,那么電動汽車的固態電池可以顯著減少充電停止。
     
    相關人員說:“如果你能夠制造固態電池,那么你將能夠幾乎將能量密度提高一倍,將你的行駛距離增加兩倍。”
     
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