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中德科学家联合开发锂电池负极材料,制造长周期安全电池
2020-08-31 13:08:02

德国卡尔斯鲁厄理工学院(KarlsruheInstituteOfTechnology)和中国吉林大学(吉林大学)的研究人员研究了一种很有前途的负极材料--具有钙钛矿结构的钛酸镧锂(LLTO)。正如自然通讯(NatureCommunications)所报道的那样,LLTO可以提高电池的能量密度、功率密度、充电速度、安全性和循环寿命,而不会将微粒尺寸从微米减小到纳米级。

对电动汽车的需求在增长,同时对确保可持续能源供应的智能电网的需求也在增长。这些以及其他移动和固定技术都需要合适的电池。将尽可能多的能量存储在重量最小的最小空间--锂离子电池(lib)仍然最能满足这一要求。本研究的目的是提高这些电池的功率密度,安全性和循环寿命。电极材料在这里非常重要。锂离子电池正极是由锂离子电池使用的集电极和活性材料组成,以化学键的形式存储能量。在大多数情况下,石墨被用作活性材料。而石墨制成的负极充电率低。而且,它们与安全问题有关。钛酸锂氧化物(lto)作为替代活性材料已经商业化。具有lto的负极具有更高的充电率,并且被认为比石墨制成的电极更安全。

Researchershopethatnewmaterialshelptobuildsafeanddurablehigh-performancecells.credit:juliamaibach,试剂盒

KIT储能系统应用材料研究所(IAM-ess)所长Helmutehrenberg教授的团队目前正在研究另一种有前途的阳极材料:钛酸镧锂(LLTO),具有钙钛矿晶体结构。根据与长春吉林大学(中国)和中国及新加坡其他研究机构的科学家合作进行的研究,伊利托阳极的电极电位低于商用LTO阳极,从而提供了更高的电池电压和容量。电池的电压和存储容量最终决定了电池的能量,埃伦伯格解释说:在未来,伊利托阳极可以用来制造高性能的电池,具有较长的循环寿命。本研究是电化学存储研究平台CELEST(电化学储能中心(Ulm)和Karlsruhe),是世界上最大的电池研究平台之一,包括POLIS的卓越集群。

除了能量密度、功率密度、安全性和循环寿命外,充电率也是决定电池是否适合苛刻应用的另一个决定性因素。原则上,最大放电电流和最小充电时间取决于固体中以及电极与电解质材料之间的离子和电子传输。为了提高充电速度,通常将电极材料的粒径从微米减小到纳米级。

这项由KIT研究人员及其合作伙伴在自然通讯(NatureCommunications)杂志上发表的研究表明,即使是钙钛矿结构的伊利托也具有更高的功率密度,甚至有几微米大小的粒子。而且比LTO纳米粒子的充电率更高。该团队将其归因于所谓的伊利托伪电容:不仅一个电子附着在阳极材料上,而且带电离子也受到弱力的束缚,并能向阳极反向传输电荷。由于粒子较大,伊利托基本上可以实现更简单、更划算的电极制造工艺,埃伦伯格解释道。

[资料来源:汽车材料网络]

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