工程师创建了一种新型的电池，将两个有前途的电池子场编织到一个电池中。电池同时使用固态电解质和全硅阳极，使其成为硅全稳态电池。最初的测试表明，新电池安全，持久且能量密集。它有望从网格存储到电动汽车的广泛应用。
电池技术在2021年9月24日发行亚博老虎机网登录。加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师与LG Energy Solution的研究人员合作，领导了这项研究。
硅阳极以其能量密度而闻名，其比当今商用锂离子电池中最常使用的石墨阳极大10倍。另一方面，硅阳极臭名昭著，因为它们如何作为电池充电和放电以及它们如何用液体电解质降解时如何扩展和收缩。尽管诱人的能量密度，这些挑战将全硅阳极远离商业锂离子电池。新作品发表在亚博老虎机网登录得益于合适的电解质，为全硅甲烷提供了有前途的路径。
“通过这种电池配置，我们正在使用合金阳极（例如硅）开放一个用于固态电池的新区域纸上的主要作者达伦·H·S·丹（Darren H. S.
下一代，具有高能量密度的固态电池一直依赖于金属锂作为阳极。但是，在充电期间，对电池充电率的限制以及温度升高（通常为60摄氏度或更高）的需求。硅阳极克服了这些局限性，在保持高能密度的同时，在空间内的充电率更快。
该小组展示了一个实验室秤的完整电池，可在室温下提供500个电荷和排放周期，其容量保留为80％，这代表了硅阳极和固态电池群落的令人兴奋的进度。
硅作为代替石墨的阳极
硅阳极当然并不新鲜。几十年来，科学家和电池制造商一直将硅视为一种能量密集的材料，可以混合或完全替换锂离子电池中常规的石墨阳极。从理论上讲，硅提供了石墨存储容量的十倍。然而，实际上，将硅离子电池添加到阳极中，以增加能量密度，通常会遇到现实性能问题：尤其是，可以在保持性能的同时充电和放电的电池数量不够高。
大部分问题是由硅阳极与与其配对的液体电解质之间的相互作用引起的。充电和放电期间硅颗粒的大量扩展使情况变得复杂。yabo214随着时间的推移，这会导致容量损失。
“作为电池研究人员，解决系统中的根部问题至关重要。对于硅阳极，我们知道最大的问题之一是液体电解质界面不稳定，”加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授雪莉·孟教授亚博老虎机网登录纸张，材料研究所发现与设计研究所主任。亚博网站下载“我们需要一种完全不同的方法，”孟说。
的确，加州大学圣地亚哥分校领导的团队采取了不同的方法：他们消除了碳，而粘合剂则与全硅阳极一起使用。此外，研究人员使用的是微硅的处理方法，它的处理方式较低，而且比经常使用的纳米 - 硅硅较不便宜。
所有固态解决方案
除了清除阳极的所有碳和粘合剂外，团队还取下了液体电解质。相反，他们使用了基于硫化物的固体电解质。他们的实验表明，该固体电解质在具有全硅阳极的电池中非常稳定。
“这项新作品为硅阳极问题提供了有希望的解决方案，尽管还有更多的工作要做。”雪莉·孟教授说，“我认为这个项目是对我们在圣地亚哥分校进行电池研究方法的验证。我们将最严格的理论和实验性工作与创造力和开箱即用的思维配对。我们也知道如何在追求行业合作伙伴时与行业合作伙伴进行互动艰难的基本挑战。”
过去将硅合金阳极商业化的努力主要集中在硅石材复合材料上，或通过将纳米结构化颗粒与聚合物结合剂相结合。yabo214但是他们仍然在稳定性较差的情况下挣扎。
通过将液体电解质交换为固体电解质，同时除去硅阳极的碳和粘合剂，研究人员避免了当阳极浸泡在有机液体电解质中作为电池功能的一系列相关挑战。
同时，通过消除阳极中的碳，该团队与固体电解质的界面接触（和不需要的侧面反应）显着降低，避免了通常与液体基电解质发生的连续容量损失。
这两个部分的举动使研究人员能够从硅的低成本，高能量和环境良性特性中充分利用。
影响与衍生商业化
“固态硅方法克服了常规电池的许多局限性。它为我们提供了令人兴奋的机会，以满足市场对更高容量，成本降低和更安全的电池的市场需求，尤其是对于电网储能存储，科学论文的第一作者达伦·H·S·谭（Darren H. S. Tan）说。亚博老虎机网登录
基于硫化物的固体电解质通常被认为是高度不稳定的。但是，这是基于液体电解质系统中使用的传统热力学解释，该解释并未解释固体电解质的出色动力学稳定性。该团队看到了利用此违反直觉属性来创建高度稳定的阳极的机会。
谭（Tan）是一家创业公司的首席执行官兼联合创始人，它已为这些硅所有固态电池提供了许可。
同时，相关的基本工作将继续在圣地亚哥分校进行，包括与LG Energy解决方案的其他研究合作。
“ LG Energy Solution感到高兴的是，加州大学圣地亚哥加州大学的最新研究技术成为了《科学杂志》，这是有意义的承认，”亚博老虎机网登录LG Energy Solution总裁兼首席采购官Myung-Hwan Kim说。“有了最新的发现，LG Energy解决方案更接近实现全稳态的电池技术，这将使我们的电池产品阵容多样化。”
“作为领先的电池制造商，LGE将继续努力促进领导下一代电池细胞研究的最新技术，”添加了金。LG Energy解决方案表示，计划进一步扩大与圣地亚哥分校的固态电池研究合作。
该研究得到了LG Energy Solution的开放创新的支持，该计划积极支持与电池相关的研究。LGE一直与世界各地的研究人员合作，以培养相关技术。
来源：https://ucsd.edu/