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德国新型锂离子电池研究 钙钛矿结构下的全新突破

TIME : 2020-07-31

导读:德国卡尔斯鲁厄理工学院的科学家们正在领导一项新的储能锂电池阳极的研究。据研究人员称,这种新发明具有钙钛矿晶体结构,可以通过比其他阳极材料更简单、更廉价的生产方法提供强大的全面性能。


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今天的锂离子电池有很多证据证明其不足,这促使人们考虑在此类设备中使用过多的新材料。当谈到阳极,目标是整合材料与更好的电荷率和能量密度比通常使用的石墨,并找到使用锂的安全方法而不会冒着树枝状晶体的风险。


钛酸锂已经证明了它的前景并具有一定的商业价值,但是用这种材料制作的阳极往往具有比石墨更低的能量密度以及与循环寿命和充电率相关的挑战。


钛酸锂电池是从储能供应链中消除稀有,昂贵和对环境有害的材料(尤其是钴和镍)的众多途径之一。


据了解,迄今为止,此类电池受到阳极和阴极的不匹配性能的限制,并试图通过使用3D多孔结构并将碳纳米膜植入其设备来克服这些问题。这些通过一系列新颖的过程整合在一起,包括分子偶联,冷冻干燥和热解。


由卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)工作人员领导的科学家们使用钛酸镧锂阳极(LLTO)取得了令人鼓舞的结果,该阳极具有钙钛矿晶体结构。他们与来自中国吉林大学的同事在《自然通讯》上发表的论文中描述了钛酸镧钙钛矿作为锂离子电池阳极的工作。


在实验中,阳极的工作电压低于1V,可逆容量为每克225毫安时,3000次循环后容量保持79%。KIT应用材料-储能系统研究所的负责人Helmut Ehrenberg说:“最终,电池电压和存储容量决定了电池的能量密度。在未来,LLTO阳极可以特别安全和耐用的高性能电池。”


该小组指出,他们的阳极的性能是在没有复杂的纳米级工程的情况下实现的。即使是较大的颗粒,LLTO阳极也比研究更为普遍的钛酸锂氧化物表现出更好的功率密度和电荷率。


研究人员将其归因于LLTO的伪容能特性,即离子插入并将其电荷转移到活性材料层中。Ehrenberg说:“由于颗粒更大,LLTO原则上可以使电极生产更简单、更便宜。”


该小组说,他们的工作强调了钛酸锂电池化学性质的重要性,并补充说,他们希望促进鉴定和开发其他具有令人满意的电化学性能的新的钛基阳极材料的新研究。

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