科学家们发现了一种稳定的高导电性锂离子导体

科学家们发现了一种稳定的高导电性锂离子导体虽然硫化物固体电解质具有导电性，但它们会与水分反应形成有毒的二硫化氢。因此，需要既导电又在空气中稳定的非硫化物固体电解质来制造安全、高性能和快速充电的固态锂离子电池。在最近发表在《材料化学》杂志上的一项研究中，由东京理科大学KenjiroFujimoto教授、AkihisaAimi教授和DENSOCORPORATION的ShuheiYoshida博士领导的研究小组发现了一种稳定且高导电性的锂离子导体烧绿石型氟氧化物的形式。藤本教授表示：“制造全固态锂离子二次电池是许多电池研究人员长期以来的梦想。我们发现了一种氧化物固体电解质，它是全固态锂离子电池的关键组成部分，它兼具高能量密度和安全性。除了在空气中稳定之外，该材料还表现出比之前报道的氧化物固体电解质更高的离子电导率。”本工作研究的烧绿石型氟氧化物可表示为Li2-xLa(1+x)/3M2O6F(M=Nb,Ta)。使用各种技术对其进行结构和成分分析，包括X射线衍射、Rietveld分析、电感耦合等离子体发射光谱法和选区电子衍射。具体来说，开发了Li1.25La0.58Nb2O6F，在室温下表现出7.0mScm⁻¹的体离子电导率和3.9mScm⁻¹的总离子电导率。人们发现它比已知的氧化物固体电解质的锂离子电导率更高。该材料的离子传导活化能极低，并且该材料在低温下的离子电导率是已知固体电解质（包括硫化物基材料）中最高的之一。确切地说，即使在–10°C的温度下，新材料在室温下也具有与传统氧化物基固体电解质相同的电导率。此外，由于在100°C以上的电导率也已得到验证，因此该固体电解质的工作范围为–10°C至100°C。传统的锂离子电池无法在低于冰点的温度下使用。因此，常用手机锂离子电池的工作条件为0℃至45℃。研究了该材料中的锂离子传导机制。烧绿石型结构的传导路径覆盖了位于MO6八面体形成的隧道中的F离子。传导机制是锂离子的顺序运动，同时改变与氟离子的键。Li离子总是穿过亚稳态位置移动到最近的Li位置。与F离子结合的固定La3+通过阻断传导路径并消除周围的亚稳态位置来抑制锂离子传导。与现有的锂离子二次电池不同，氧化物基全固态电池不存在因损坏而导致电解液泄漏的风险，也不像硫化物基电池那样产生有毒气体的风险。因此，这项新的创新预计将引领未来的研究。“新发现的材料是安全的，并且比之前报道的基于氧化物的固体电解质具有更高的离子电导率。这种材料的应用有望开发出革命性的电池，这种电池可以在从低到高的宽温度范围内工作，”藤本教授展望道。“我们相信固体电解质应用于电动汽车所需的性能是满足的。”值得注意的是，新材料非常稳定，如果损坏也不会点燃。它适用于飞机和其他对安全至关重要的地方。它还适合高容量应用，例如电动汽车，因为它可以在高温下使用并支持快速充电。此外，它还是一种有前途的用于电池、家用电器和医疗设备小型化的材料。总之，研究人员不仅发现了一种具有高导电性和空气稳定性的锂离子导体，而且还引入了一种新型的超离子导体--焦绿宝石型氧氟化物。探索锂周围的局部结构、它们在传导过程中的动态变化，以及它们作为全固态电池固态电解质的潜力，是未来研究的重要领域。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432002.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432002.htm

科学家们开发出了一种用于锂离子电池的超低浓度电解质

科学家们开发出了一种用于锂离子电池的超低浓度电解质锂离子电池（LIB）为智能手机和平板电脑提供电力，驱动电动汽车，并在发电厂储存电力。大多数锂离子电池的主要成分是锂钴氧化物（LCO）阴极、石墨阳极以及为阴极和阳极的解耦反应提供移动离子的液态电解质。这些电解质决定了电极上形成的相间层的性质，从而影响电池循环性能等特性。然而，商用电解质大多仍基于30多年前配制的系统：1.0至1.2摩尔/升六氟磷酸锂（LiPF6）在羧酸酯（"碳酸溶剂"）中的溶液。在过去的十年中，高浓度电解质（>3mol/L）得到了发展，它们有利于形成坚固的无机主导相间层，从而提高了电池性能。然而，这些电解质粘度高、润湿能力差、导电性差。由于需要大量的锂盐，这些电解质的价格也非常昂贵，而这往往是影响可行性的一个关键参数。为了降低成本，超低浓度电解质（<0.3mol/L）的研究也已开始。这些电解质的缺点是，电池电池分解的溶剂多于少量的盐阴离子，从而导致有机物占主导地位，相间层的稳定性较差。由宁波大学（中国）和波多黎各大学里奥皮德拉斯校区（美国）的袁金良、夏岚和吴先勇领导的研究小组现已开发出一种超低浓度电解质，可能适用于锂离子电池的实际应用：LiDFOB/EC-DMC。LiDFOB（二氟草酸硼酸锂）是一种常见的添加剂，价格比LiPF6便宜得多。EC-DMC（碳酸乙酯/碳酸二甲酯）是一种商用碳酸酯溶剂。这种电解液的含盐量低至2重量百分比（0.16摩尔/升），但离子电导率却高达4.6mS/cm，足以使电池正常工作。此外，DFOB-阴离子的特性还能在LCO和石墨电极上形成以无机物为主的坚固相间层，从而在半电池和全电池中实现出色的循环稳定性。目前使用的LiPF6会在潮湿环境中分解，释放出剧毒和腐蚀性的氟化氢气体（HF），而LiDFOB则对水和空气稳定。使用LiDFOB的LIB不需要严格的干燥室条件，而可以在环境条件下制造，这又是一个节约成本的特点。此外，回收问题也会大大减少，从而提高可持续性。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428465.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428465.htm

新型锂离子电池材料可在10分钟内充电80%

新型锂离子电池材料可在10分钟内充电80%现在，橡树岭国家实验室的研究人员正在推动电动汽车（EV）快速充电的发展。一个电池科学家团队最近开发出一种锂离子电池材料，不仅能在10分钟内充入80%的电量，还能在1500个充电周期内保持这种能力。ORNL研究员杜志佳将新开发的液态电解质材料插入电池袋电池中。这种配方延长了超快速充电电池（如电动汽车中使用的电池）的寿命。图片来源：GenevieveMartin/ORNL，美国能源部当电池工作或充电时，离子通过一种叫做电解质的介质在电极之间移动。ORNL的杜志佳领导的团队开发出了锂盐与碳酸盐溶剂的新配方，以形成一种电解液，这种电解液能长期保持较好的离子流动性，并在极端快速充电期间大电流加热电池时表现良好。项目合作伙伴测试了在ORNL电池制造厂制造的电池袋电池，以证明电池的安全性和循环特性。杜说："我们发现，这种新型电解质配方基本上将能源部规定的极限快速充电电池寿命目标提高了两倍。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1384165.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1384165.htm

离子“非牛顿流体”：科学家在电池技术方面有了惊人发现

离子“非牛顿流体”：科学家在电池技术方面有了惊人发现近距离观察，电池电极之间的离子流实际上是一系列原子级的无规律跳跃。在SLAC国家加速器实验室的激光实验室中进行的实验表明，当受到电压冲击时，大多数离子会短暂地向后跳回它们之前的位置，然后再继续它们通常的无规律旅行--这是它们在某种意义上记得自己刚刚去过的地方的第一个迹象。图片来源：GregStewart/SLAC国家加速器实验室加速器实验室现在，在首次同类研究中，研究人员用激光脉冲照射跳动的离子，给它们施加电压。出乎他们意料的是，大多数离子短暂地逆转了方向，回到了它们之前的位置，然后又开始了它们通常的、更加随机的旅行。这是第一个迹象表明，离子在某种意义上记得它们刚刚去过的地方。来自美国能源部SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学、牛津大学和纽卡斯尔大学的研究小组在1月24日出版的《自然》杂志上介绍了他们的发现。离子“非牛顿流体”牛津大学博士后研究员AndreyD.Poletayev说："你可以把离子想象成玉米淀粉和水的混合物。这就是我们经常听到的非牛顿流体，如果我们轻轻推动这种玉米淀粉混合物，它就会像液体一样流动；但如果我们猛击它，它就会变成固体。电池中的离子就像电子玉米淀粉。它们通过向后移动来抵御激光的猛烈震动。"正如波列塔耶夫所说，离子的"模糊记忆"仅持续几十亿分之一秒。但知道它的存在将有助于科学家首次预测行进中的离子下一步会做什么--这是发现和开发新材料的一个重要考虑因素。由SLAC首席科学家马蒂亚斯-霍夫曼（MatthiasC.Hoffmann）制造的激光仪器，用于在固态电池电解质中用电压冲击震荡离子的实验。令研究人员惊讶的是，大多数离子的反应是扭转方向，跳到它们之前的位置，然后再回到它们通常的不规则路径上--这是第一个迹象，表明它们在某种意义上记得自己曾经去过的地方。图片来源：AndreyD.Poletayev/牛津大学专为速度设计的电解液在SLAC激光实验室进行的实验中，研究人员使用了一种固体电解质的透明薄晶体，这种电解质属于一种被称为β-铝的材料。这些材料是迄今发现的第一批高导电性电解质。它们含有微小的通道，跳跃离子可以在其中快速移动，而且具有比液态电解质更安全的优点。β-铝可用于固态电池、钠硫电池和电化学电池。当离子在β-氧化铝通道中跳跃时，研究人员用长度仅为万亿分之一秒的激光脉冲照射它们，然后测量从电解质中返回的光线。通过改变激光脉冲和测量之间的时间，他们能够精确地确定离子的速度和偏好方向在激光冲击后几兆分之一秒内的变化情况。怪异和不寻常领导这项研究的斯坦福材料与能源科学研究所（SIMES）研究员、SLAC和斯坦福大学教授亚伦-林登伯格（AaronLindenberg）说："离子跳跃过程中出现了多种奇怪而不寻常的现象。当我们施加一种使电解质摇晃的力时，离子不会像大多数材料那样立即做出反应。离子可能会在那里坐一会儿，突然跳起来，然后又在那里坐一会儿。你可能需要等待一段时间，然后突然发生巨大的位移。因此，这个过程中存在着随机因素，这就给这些实验带来了困难。"研究人员说，在此之前，人们一直认为离子的行进方式是典型的"随机行走"：它们推搡、碰撞、跌跌撞撞，就像喝醉酒的人踉踉跄跄地走在人行道上，但最终会以一种在旁观者看来是故意的方式到达某个目的地。或者想想臭鼬向满屋子的人喷出恶臭的喷雾；喷雾中的分子随机地打闹、碰撞，但很快就会到达你的鼻子。波列塔耶夫说："当谈到跳跃离子时，在原子尺度上这幅图是错误的，但这并不是得出这一结论的人的错。只是长期以来，研究人员一直在用宏观工具研究离子传输，他们无法观察到我们在这项研究中看到的现象。"他说，这里的原子尺度发现"将有助于弥合我们可以在计算机中建模的原子运动与材料宏观性能之间的差距，而这种差距使我们的研究变得如此复杂"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430981.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430981.htm

科学家开发出具有高性能的本征聚合物电解质

科学家开发出具有高性能的本征聚合物电解质科学家们从一种交联聚合物中开发出了一种固态电解质，这种电解质具有很高的离子传导性和稳定性，有望用于下一代锂电池。这种新材料在循环300次后仍能保持90%以上的电池存储容量，是目前液态电解质更安全的替代品。这种新开发的高导电性固体电解质可能会为固态锂电池铺平道路。电池通过化学反应储存能量，这取决于带电离子通过电解质从阴极流向阳极。本征聚合物电解质聚合反应路径。资料来源：Li等人遗憾的是，聚合物电解质在室温下的离子电导率太低，无法实用。最近生产并被描述为"固态"的其他电解质实际上含有凝胶。QuanfengDong及其同事设计并合成了一种固态电解质，它由1,3-dioxolane(DOL)和季戊四醇缩水甘油醚(PEG)组成的交联聚合物制成。这种本征聚合物电解质（IPE）具有三维（3D）网状结构，在室温下离子电导率高达0.49毫西门子/厘米，远远高于PEO。本征聚合物电解质的锂离子迁移率高达0.85。使用本征聚合物电解质制造的电池在经过300次充放电循环后，仍能保持90%以上的存储容量。作者说，这种材料可能是下一代高能量密度全固态锂电池的良好选择。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382137.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382137.htm

中国科学家凭借更安全的锂离子电池荣获2023年欧洲发明家奖

中国科学家凭借更安全的锂离子电池荣获2023年欧洲发明家奖2023年7月4日–欧洲专利局(EPO)今天宣布中国科学家吴凯及其团队荣获2023年欧洲发明家奖“非EPO国家”类别的获奖者。吴凯和他的团队从600多名候选人中脱颖而出团队开发了一种带有顶盖的锂离子电池，可作为降低电池安全风险的屏障。本发明有助于确保配备含有易燃电解质的锂离子（Li-ion）电池的车辆的安全。——