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高能密度锂存储材料问世

2019-10-09 18:10:59来源:励志吧0次阅读

卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员提出了新的锂存储原则,突破了现有技术,提高了锂离子电池中的锂存储密度,实现了锂离子电池的扩容。

图:新型存储材料含锂(左)和不含锂(右)

锂离子电池是目前应用最广的电池技术。对于像笔记本、手机和相机等设备,它都是必不可少的。现阶段的研究活动主要是要提高锂存储密度来扩大电池容量。此外,锂存储也应该满足高功率设备的快速充电要求,这就需要对锂离子电池的电化学工艺和新电池组件的发展有深入的了解。

锂存储材料目前主要是在由金属氧化物组成的主结构空腔上进行插入式存储锂(所谓的插页式)。这种方法十分有效,但存储密度有限,因为锂在这种结构中不能高密度填充。此外,想在单位单元插入存储多个锂离子一般来说不太可能,因为那样结构将会变得不再稳定,出现结构坍塌现象。因此需要通过在稳定结构中增加锂的填充密度来超越现今的存储密度上限。

一个由卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的Maximilian Fichtner教授和 Ruiyong Chen博士带领的团队提出了一个新的存储原则和相应的存储材料,该材料能可逆存储每单位单元1.8个锂离子。材料的组成是Li2VO2F,在平均电压为2.5V的条件下进行测试,其存储容量高达420mAh/g。由于材料的高密度,相比活性材料,它的储存容量达到了4600Wh/L.

与目前使用的存储材料不同,新型存储不再通过插入式进行锂的存储,而是直接在晶胞的晶格点阵中进行存储。因此,存储密度得到了显著提高。

令人吃惊的是,结构中的锂离子是高速运动的,它既可以保留在晶格中,也可以很容易脱离晶格。钒控制着锂离子的接收和释放,过程中晶格始终保持一个稳定的整体,这是该存储材料比较新颖的一个地方。这种结构因具有高的缺陷流动性,因此晶格自身结构稳定。

研究小组的负责人Maximilian Fichtner表示:“在缺陷流动性高的情况下,该结构不仅稳定,而且体积变化量只有3%,这就使得这个系统非常的不一般。这种存储原则也应用到了其它的组分。采用其他相似结构的化合物甚至得到了比钒基存储更高的能量密度。”

本文由材料人网编译团队华南分组编辑整理

素材:朱金辉 翻译:罗凯 校对:雷晓波 审核:高超峰

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