美国橡树岭国家实验室（ORNL - Oak Ridge National Laboratory）近日发布消息称，该机构的研究人员最近通过优化固态电解质粘结剂，制备出了一种轻薄柔韧的硫化物固态电解质，可将电池的能量密度增加到 500 Wh/Kg。

图源：ORNL

橡树岭实验室的 Guang Yang表示，目前的成就至少可以将存储的能量翻倍，达到500 瓦时/公斤。开发30微米或更薄的固态电解质膜的主要动机是将更多能量装入锂离子电池中，这样电动汽车、笔记本电脑和手机单次充电就可以运行更长的时间。

该研究发表在 ACS Energy Letters上，通过优化用于硫化物固态电解质的聚合物粘结剂，改进了该实验室此前的一项发明。这是建立材料选择和加工协议的持续努力的一部分。

这项研究的目标是找到“黄金契合”点——恰到好处的薄膜厚度，可以同时支持离子传导和结构强度。

目前的固态电解质使用导电离子的塑料聚合物，但其导电性能远低于电解液。有时，聚合物电解质会加入液体电解质以提高其性能。

研究人员发现，聚合物粘合剂的分子量对于制造耐用的固态电解质薄膜至关重要。用轻质粘合剂制成的薄膜具有较短的聚合物链，缺乏与电解材料保持接触的强度。而用较重的粘合剂制成的薄膜具有较长的聚合物链，具有更强的结构完整性。此外，制作良好的离子导电膜所需的长链粘合剂更少。

“我们希望最大限度地减少聚合物粘合剂，因为它不导电离子，” Guang Yang说。“粘合剂的唯一功能是将电解质颗粒锁定在薄膜中。使用更多的粘合剂可以提高薄膜的质量，但会减少离子传导。相反，使用较少的粘合剂会增强离子传导，但会影响薄膜质量。

Guang Yang与 SLAC 斯坦福电池中心执行董事、Battelle 杰出发明家 Jagjit Nanda 合作，设计了这项研究的实验并监督该项目的执行。Guang Yang最近被美国能源部高级研究计划署（Advanced Research Projects Agency-Energy）评为有可能成功将创新理念转化为有影响力的技术的科学家。

此外，这个项目得到多位研究人员的协助。佛罗里达 A&M 大学-佛罗里达州立大学工程学院的研究生Anna Mills专注于纳米材料合成，她采用电化学阻抗谱测试了这种薄膜，并进行了临界电流密度测量。佛罗里达州立大学的Daniel Hallinan提供了有关聚合物物理学的建议。Freed-Hardeman 大学的暑期实习生Ella Williams帮助进行了电化学电池的制造和评估。

在橡树岭实验室的美国能源部科学办公室用户设施纳米相材料科学中心，Yi-Feng Su 和 Wan-Yu Tsai 进行了扫描电子显微镜和能量色散 X 射线光谱学，以表征薄膜的元素组成和微观结构。同样来自橡树岭实验室的 Sergiy Kalnaus 使用纳米压痕来测量其表面的局部应力和应变，并应用理论来理解结果。SLAC 国家加速器实验室的 Xueli Zheng 和 Swetha Vaidyanathan 在斯坦福同步辐射光源进行了测量，以揭示阴极粒子的形态。

目前该研究团队正在建立专门用于硫化物研究的低湿度区域来扩展他们7000 平方英尺的 ORNL 实验室空间，为防止硫化物对其他材料的污染，采用了八个专门用于这项工作的手套箱。该团队将构建一种设备，能够将这种固态薄膜集成到下一代负极和正极中，以便在实际电池条件下对其进行测试。他们还计划与工业界、学术界和政府的研究人员合作，在其他设备中开发和测试薄膜。

文章来源：青蓝能源

注：本站转载的文章大部分收集于互联网，文章版权归原作者及原出处所有。文中观点仅供分享交流，不代表本站立场以及对其内容负责，如涉及版权等问题，请您告知，我将及时处理。