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3D螺旋结构固态锂电池,引领锂离子电池界未来

浏览:10 发表时间:2018-06-19 00:00:00

近日,一款3D螺旋结构多功能固态锂离子电池成为锂离子电池界的网红。据悉,3D螺旋结构多功能固态锂离子电池来自美国康奈尔大学的J.G. Werner[1]等人设计,这款锂电池极大的减少了电池内部的空间浪费,提升锂离子电池的能量密度。 


 

传统锂离子电池的基本结构是二维结构,主要存在两个问题:非活性物质占比高,降低了电池的比能量;电池正负极与隔膜之间存在大量的孔隙,浪费内部空间,导致电池体积能量密度降低。在该项设计中,研究人员将正极和负极相互交织在一起,中间是一层纳米级别的固体电解质:



负极——螺旋介孔碳(GDMC),具有低嵌锂电势、良好的导电性,以及大量连续、均匀分布的微孔。该研究中制得的GDMC微孔直径在40nm左右,孔隙率为63%,碳壁厚度大约为15nm,比容量约为220mAh/g;

固体电解质——聚合物电解质,具有安全性高、力学柔性、黏弹性和易成膜等诸多优点,被认为是下一代高能存储器件中最具潜力的电解质之一。Werner等人采用电聚合的方式在螺旋介孔碳的表面均匀的生成了一层不足10nm的聚苯醚聚合物电解质层。


正极——硫(S),考虑到聚合物电解质的电化学窗口和负极中微孔的直径,研究人员选择了硫作为电池的正极材料,并通过在电极中注入EDOT,原位聚合成为具有良好导电性的PEDOT,来解决S正极导电的问题。

进行嵌锂之后,3D结构的锂离子电池最终完成。


3D螺旋结构多功能固态锂离子电池具备独特的3D螺旋结构,减少电池内部空间浪费的同时,提升了电池的重量能量密度和体积能量密度。虽然此款锂离子电池目前还存在诸多问题,但我们仍不能否认其具有极大的优势。或许3D螺旋结构多功能固态锂离子电池有望引领锂离子电池界的未来。


参考文献:

 [1] J. G. Werner, G. G. Rodríguez-Calero, H. D. Abruñ, et al. Block copolymer derived 3-D interpenetrating multifunctional gyroidal nanohybrids for electrical energy storageEnergy Environ. Sci., 2018,11, 1261-1270.



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