MIT 固态电池新技术将可以让手机在数天内只充一次电

科学家们改善当今锂电池性能的许多方法之一是用固体成分代替一些液体成分。这些被称为固态电池的实验设备可以大大提高电池内部的能量密度，从而大大延长电动汽车和移动设备的使用寿命。现在，麻省理工学院（MIT）的科学家们宣布了一项令人兴奋的未来进展，展示了一种新的固态电池结构，该结构克服了当前的一些设计限制。在普通锂电池中，当电池充放电时，液体电解质会以离子的形式在正极和负极之间来回移动，但其中一个问题是液体挥发性很强，甚至会导致电池起火，就像当时的三星Galaxy Note7智能手机一样。用固体材料代替这种液体电解质不仅会降低电池的安全性和易燃性，而且还为电池的其他关键部件开辟了新的可能性。根据最近发表在《化学趋势》杂志上的一篇研究论文，目前锂电池的阳极是由铜和石墨的混合物制成的，但如果用纯锂制成，则有可能打破当前锂离子化学中的能量密度瓶颈。因此，纯锂阳极的巨大潜力已成为电池研究人员的首要任务，而关键的立足点是引入可行的固体电解质，使其工作。然而，当电池充电时，锂金属内部的原子会积聚和膨胀，在使用过程中减少，金属会收缩，使材料之间的连续接触几乎不可能，从而导致电解质破裂。这是麻省理工学院新电池架构可以克服的问题。科学家们开发了混合离子电子导体MIEC和一种称为电子和锂离子绝缘体ELI的固体材料的组合。它们形成了三维蜂窝结构，由MIEC制成的纳米管构成了拼图的关键部分。这些管被注入由固体锂金属形成的电池阳极。由于每个管内都有额外的空间，锂金属在充电和放电过程中可以有额外的空间进行膨胀和收缩。因此，这种材料在固体和液体之间保持微妙的平衡，并像液体一样移动。所有这些都发生在蜂窝阳极中，ELI被涂覆在管壁上作为固体电解质的粘合剂。也就是说，当电池充电时，金属锂的可变尺寸完全包含在结构中，外部尺寸不变。研究人员发现，电池阴极的化学和机械性能在充电和放电过程中保持稳定，锂从未失去与固体电解质的电接触。该团队认为，与其他实验性固态电池相比，这是一个重大的进步，因为固态电池通常需要液体电解质的混合物。研究小组对这种固态电池结构进行了实验，报告发现电池可以承受100次充放电循环，在此过程中没有任何损坏迹象。在未来，有可能制造出具有相同存储容量的阳极，重量约为当前设计的四分之一。该团队表示，通过与其他先进的阴极设计相结合，未来他们将能够制造出重量和尺寸与今天相同的智能手机，而且每三天充电一次。