《科技日報》九月十六日消息,據(jù)最新一期的《自然·材料》報道,為了開發(fā)鋰基電池的替代品,減少對稀有金屬的依賴,美國佐治亞理工學院研究人員開發(fā)出一種有前景的新型陰極和電解質(zhì)系統(tǒng),用低成本的過渡金屬氟化物和固體聚合物電解質(zhì)代替昂貴的金屬和傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)。

新型陰極由氟化鐵活性材料和固體聚合物(一種塑料)電解質(zhì)納米復合材料制造。為制造這種陰極,研究人員開發(fā)了一種將固體聚合物電解質(zhì)滲透到預制氟化鐵電極中的方法,然后熱壓整個結構,以新增密度并減少空隙。聚合物基電解質(zhì)有兩個突出優(yōu)點,一是其在循環(huán)時彎曲和適應氟化鐵溶脹的能力強,二是能與氟化鐵形成非常穩(wěn)定的柔性界面,解決了先前電池設計中使用氟化鐵出現(xiàn)的膨脹和大量副反應等關鍵問題。

研究人員測試了新型固態(tài)電池的幾種變體,以分析其在50℃高溫下超過300次充電和放電循環(huán)的性能。結果發(fā)現(xiàn),增強電池性能的關鍵是固體聚合物電解質(zhì)。當與固體聚合物電解質(zhì)一起使用時,即使在高溫下,金屬氟化物也顯示出非凡的穩(wěn)定性。這有望帶來更安全、更輕和更便宜的鋰離子電池。此外,氟化鐵的鋰容量是傳統(tǒng)鈷基或鎳基陰極的兩倍多。而且鐵比鈷便宜300倍,比鎳便宜150倍。

未來,研究人員將繼續(xù)改進和開發(fā)新的固體電解質(zhì),以實現(xiàn)快速充電,并在新設計中融合固體和液體電解質(zhì),以與大型電池廠中使用的傳統(tǒng)電池制造技術完全兼容。