科學(xué)家開發(fā)出一種新的固態(tài)電池。它的特點：它有一個由純鋰制成的陽極。堿金屬被認為是理想的電極材料，因為它實現(xiàn)了最高的能量密度。但由于金屬具有很強的反應(yīng)性，因此尚未用作陽極。然而，研究人員通過使用另外兩層新型聚合物來欺騙這種性質(zhì)。這些層保護電池的陶瓷電解質(zhì)，從而防止金屬以破壞性方式沉積。在實驗室測試中，數(shù)百次充電循環(huán)是可能的，而細胞不會顯著損失容量。

預(yù)計將來有重大意義

固體電池被認為是未來的重要發(fā)展。它們的特殊優(yōu)點是固態(tài)電池不含任何可能泄漏或著火的液體。因此，與目前的液體電解質(zhì)鋰離子電池相比，它們更安全，更可靠，更耐用。同時，固態(tài)電池有可能在相同的空間內(nèi)存儲更多的能量而且重量更輕。因此，預(yù)計該技術(shù)可以幫助各個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。可能的應(yīng)用場景包括電動交通，但也可以考慮醫(yī)療和空間技術(shù)中的小眾應(yīng)用。

研究人員的目標(biāo)是擴大人們對固態(tài)電池的概念，使得鋰陽極可以穩(wěn)定運行，已經(jīng)實現(xiàn)了這一目標(biāo)。在實現(xiàn)最高可能的能量密度時，鋰作為陽極被認為是首選材料。因為最輕的金屬也是所有化學(xué)元素中最具電負性的。

新型固態(tài)電池的兩個電極的能量密度均為460Wh/kg。與目前的鋰離子電池相比，這是一個非常好的價值。此外，該設(shè)計還有其他優(yōu)點。與使用液體電解質(zhì)的傳統(tǒng)鋰離子電池相比，固態(tài)電池對溫度的敏感性要低得多。這意味著它們不需要任何溫度管理裝置，例如先前在電動車中使用的裝置，這應(yīng)該可以節(jié)省額外的重量。

聚合物薄膜作為保護層

通過在陽極和電解質(zhì)之間安裝聚合物膜，可以使用由純鋰制成的陽極。充電時，純鋰往往會形成不受控制的過量。這些所謂的枝晶可以使電池短路或機械破壞它。因此，在今天的鋰離子電池的陽極中，鋰原子儲存在儲存介質(zhì)中，通常是石墨。這使電極和整個電池的重量增加了許多倍。

聚合物起到保護層的作用，首先可以使用鋰陽極。它可以防止陶瓷電解質(zhì)與陽極上的金屬鋰直接接觸。這可以防止陶瓷電解質(zhì)中的枝晶形成和化學(xué)變化等有害過程損害電池的功能。實驗室的初步測試已經(jīng)成功。可以檢測到超過500次充電和放電循環(huán)，同時幾乎沒有任何性能損失。

“關(guān)于電池的特殊之處在于它盡管具有中等導(dǎo)電性的聚合物但仍能發(fā)揮作用;在某些方面甚至比沒有更好，他開發(fā)了屬于聚磷腈類的特殊聚合物。

聚合物層在生產(chǎn)過程中作為液體施加。它深深地滲透到多孔陶瓷電解質(zhì)中。這改善了固體電解質(zhì)和固體電極之間的接觸-這是固態(tài)電池的常見問題。該過程不需要穩(wěn)定且沉重的外殼來機械壓縮各種部件并確保良好的連接。這也節(jié)省了重量并有助于增加能量密度。

雙能量密度但充電時間更長

然而，作為各個組件之間的附加屏障，聚合物層也對電池的性能，特別是對電流的性能具有負面影響。去年，科學(xué)家們展示了一種運行良好，快速充電的固態(tài)電池，可在半小時內(nèi)充電和放電。使用鋰陽極和混合電解質(zhì)，他們現(xiàn)在已經(jīng)成功地將理論能量密度加倍。但是，充電時間現(xiàn)已延長至兩小時。對于固態(tài)電池來說，這仍然是一個很好的價值。

電池仍處于早期開發(fā)階段，只能在有限的范圍內(nèi)進行實踐。例如，電池在操作期間當(dāng)前必須保持在50攝氏度的最低溫度，以使混合電解質(zhì)保持可透過電荷載體。“對于低價應(yīng)用，制造過程仍然過于昂貴。然而，功能單元顯示混合電解質(zhì)可以避免固態(tài)電池接口處的典型問題。具有高能量密度的固有安全電池可能已經(jīng)成為利益應(yīng)用的關(guān)注，其中成本不起主要作用。