“鋰離子電池是當(dāng)前電化學(xué)儲(chǔ)能的主要形式，但存在諸多安全隱患，因此需要研發(fā)安全性高的全固態(tài)鋰電池體系，這其中的核心在于固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)。”中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚宏斌教授11日介紹說，經(jīng)過3年多科研攻關(guān)，其所在團(tuán)隊(duì)與合作者設(shè)計(jì)開發(fā)出一種全固態(tài)鋰電池所需的電解質(zhì)新家族。

  據(jù)悉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚宏斌課題組、李震宇課題組與浙江工業(yè)大學(xué)陶新永課題組合作，通過材料結(jié)構(gòu)和界面精準(zhǔn)設(shè)計(jì)開發(fā)出鑭系金屬鹵化物基固態(tài)電解質(zhì)新家族。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)上。

  據(jù)介紹，該項(xiàng)研究得益于鑭系金屬元素的低電負(fù)性，以及金屬氯化物良好的耐氧化性和可變形性等，可實(shí)現(xiàn)無任何電極修飾且室溫可運(yùn)行的全固態(tài)鋰金屬電池。這一電解質(zhì)新家族也突破了傳統(tǒng)固態(tài)電解質(zhì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有出色的可拓展性和穩(wěn)定性。

  “目前沒有成熟的全固態(tài)鋰金屬電池發(fā)布。”姚宏斌說，因此開發(fā)對(duì)鋰金屬負(fù)極穩(wěn)定的新型快離子導(dǎo)體框架結(jié)構(gòu)，一直是發(fā)展高比能全固態(tài)鋰金屬電池面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

  在研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)鑭系金屬鹵化物晶格中氯離子呈非緊密堆積形式，天然存在豐富的一維大尺寸孔道，適合鋰離子的高速傳輸，并可通過鑭空位形成連續(xù)的三維傳導(dǎo)。

  “全固態(tài)鋰金屬電池的核心是固態(tài)電解質(zhì)材料，理想型固態(tài)電解質(zhì)材料通過精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，因具有良好兼容性、穩(wěn)定性等特點(diǎn)。”姚宏斌說，鑒于此，科研人員優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種全新的固態(tài)電解質(zhì)材料，實(shí)現(xiàn)鋰離子的快速傳導(dǎo)，并實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰金屬電池的穩(wěn)定循環(huán)。

  “下一步，通過人工智能學(xué)習(xí)，進(jìn)一步優(yōu)化更好的電解質(zhì)體系并適配到實(shí)際應(yīng)用的電池中。”姚宏斌期望十年左右看到這一全新固態(tài)鋰金屬電池的產(chǎn)品。(完)