外媒報(bào)道稱，為了開發(fā)鋰基電池的替代設(shè)計(jì)，減少對(duì)稀有金屬的依賴，美國佐治亞理工學(xué)院研究人員一直在尋找新的正極和電解質(zhì)，以低成本的過渡金屬氟化物和固體聚合物電解質(zhì)替代昂貴的金屬鈷和傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)。

“由過渡金屬氟化物制成的電極長期存在穩(wěn)定性問題和快速失效，導(dǎo)致人們對(duì)它們用于下一代電池的能力產(chǎn)生了極大的懷疑，”佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院教授GlebYushin說，“但我們已經(jīng)證明，當(dāng)與固體聚合物電解質(zhì)一起使用時(shí)，金屬氟化物即使在較高溫度下也能表現(xiàn)出非凡的穩(wěn)定性，這可能會(huì)產(chǎn)生更安全、更輕、更便宜的鋰離子電池。”

對(duì)此，喬治亞理工學(xué)院的研究人員用氟化鐵和固體聚合物電解質(zhì)納米復(fù)合材料制造了一種新型正極材料。為了生產(chǎn)這種正極，研究人員將固體聚合物電解質(zhì)插入預(yù)制的氟化鐵電極中，然后熱壓整個(gè)結(jié)構(gòu)以增加密度并消除空隙。

“由氟化鐵制成的陰極具有巨大的潛力，因?yàn)樗鼈兙哂懈呷萘浚筒牧铣杀竞蛷V泛的鐵含量，”Yushin說，使用具有彈性的固體電解質(zhì)可以解決許多問題。

由于聚合物基電解質(zhì)是柔性的，因此它可以在循環(huán)時(shí)適應(yīng)氟化鐵的溶脹，并與氟化鐵形成穩(wěn)定且柔韌的界面，從而解決了先前電池設(shè)計(jì)中使用氟化鐵出現(xiàn)的膨脹和大量副反應(yīng)等關(guān)鍵問題。

為了進(jìn)一步研究該材料的性能，研究人員測(cè)試了新型固態(tài)電池的幾種變體，分析了它們?cè)?22華氏度的溫度下超過300次充放電循環(huán)的性能。他們發(fā)現(xiàn)新電池在使用金屬氟化物時(shí)表現(xiàn)優(yōu)于以前的設(shè)計(jì)，而更好的電池性能的關(guān)鍵是固體聚合物電解質(zhì)。

據(jù)了解，氟化鐵的鋰容量是傳統(tǒng)鈷基或鎳基正極的兩倍以上。此外，鐵的成本僅為鈷的1/300和鎳的1/150。

未來，研究人員的目標(biāo)是開發(fā)新的和改進(jìn)固體電解質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)快速充電，并在新設(shè)計(jì)中結(jié)合固體和液體電解質(zhì)，與大型電池企業(yè)使用的傳統(tǒng)電池制造技術(shù)完全兼容。