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锂電池彈性固體電解質應用進展
近年來，隨著锂離子電池的普及，全球的钴和鎳供應壓力不斷增長（目前電池設計中必需的兩種金屬），並且價格飙升。據外媒報道，爲了開發新的替代性锂基電池，減少對稀有金屬的依賴性，佐治亞理工學院的研究人員研制出新型正極和電解質系統，采用低成本過渡金屬氟化物和固體聚合物電解質，取代貴金屬和傳統液體電解質。
佐治亚理工学院材料科学和工程学院教授Gleb Yushin表示：“长期以来，用过渡金属氟化物制造电极，一直存在稳定性差和快速失效的问题。对于能否把它应用于一下代电池设计，人们一直持有很大的质疑。但是，我们已经证明，当与一种固体聚合物电解质一起投入使用时，这种金属氟化物表现出卓越的稳定性，即使在高温状态下也是如此。因此，完全可以用它来设计更安全、更轻量级和成本更低的锂離子電池。”
在典型的锂離子電池中，锂离子通过在正负极两个电极间流动释放能量。其中，正极通常是由锂和过渡金属构成，比如钴、镍和锰。电极之间的离子流动通过液体电解质实现。在本次研究中，研究团队采用氟化铁活性物质和固体聚合物电解质纳米复合材料，制造新型正极。氟化铁所提供的锂容量是传统钴基或镍基正极的2倍多。而且，铁的价格要比钴便宜300倍，比镍低150倍。
爲了生産這種正極，研究人員專門開發出一種制造工藝，可使固體聚合物電解質滲透到預制氟化鐵電極中。接著，對整個結構進行熱壓，以增加密度並減少空隙。這種基于聚合物的電解質具有兩大核心特色，那就是它在循環過程中具有彎曲性，能夠適應氟化鐵溶脹；而且，可以與氟化鐵形成非常穩定且有彈性的界面。在以往電池設計中，使用氟化鐵會出現溶脹和大量的副反應，這一直是關鍵性問題。
研究人員接著測試幾種新型固態電池變體，在122度華氏溫度下，進行300次充放電循環，分析其性能表現。值得一提的是，即使冷卻至室溫，它們的表現也超過以往的金屬氟化物。
研究人員指出，提升電池性能的關鍵在于固態聚合物電解質。以前嘗試使用金屬氟化物時，會認爲金屬離子移動至正極表面，最終溶解至液體電解質，造成容量損耗，特別是在高溫下。另外，當電池在華氏100度以上運行時，金屬氟化物能促使液體電解質大量分解。然而，如果將固態電解質和正極結合起來，就不會出現溶解，固態電解質可以保持非常穩定的狀態，防止電池失效。
研究科學家表示：“我們使用的聚合物電解質非常普遍。但是，還有很多固態電解質，以及電池或電極結構，比如核殼粒子形態，同樣能夠明顯減弱甚至完全防止寄生副反應發生，實現穩定的性能特征。”
末來的時間，研究人員將致力于開發新的固態電解質，提高其性能，以實現快速充電。並將在新的設計中，將固體和液體電解質結合起來，使其與大型電池工廠采用的傳統電池制造工藝完全兼容。
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