《科技日報》九月十六日消息,據最新一期的《自然·材料》報道,為了開發鋰基電池的替代品,減少對稀有金屬的依賴,美國佐治亞理工學院研究人員開發出一種有前景的新型陰極和電解質系統,用低成本的過渡金屬氟化物和固體聚合物電解質代替昂貴的金屬和傳統的液體電解質。

新型陰極由氟化鐵活性材料和固體聚合物(一種塑料)電解質納米復合材料制造。為制造這種陰極,研究人員開發了一種將固體聚合物電解質滲透到預制氟化鐵電極中的方法,然后熱壓整個結構,以新增密度并減少空隙。聚合物基電解質有兩個突出優點,一是其在循環時彎曲和適應氟化鐵溶脹的能力強,二是能與氟化鐵形成非常穩定的柔性界面,解決了先前電池設計中使用氟化鐵出現的膨脹和大量副反應等關鍵問題。

研究人員測試了新型固態電池的幾種變體,以分析其在50℃高溫下超過300次充電和放電循環的性能。結果發現,增強電池性能的關鍵是固體聚合物電解質。當與固體聚合物電解質一起使用時,即使在高溫下,金屬氟化物也顯示出非凡的穩定性。這有望帶來更安全、更輕和更便宜的鋰離子電池。此外,氟化鐵的鋰容量是傳統鈷基或鎳基陰極的兩倍多。而且鐵比鈷便宜300倍,比鎳便宜150倍。

未來,研究人員將繼續改進和開發新的固體電解質,以實現快速充電,并在新設計中融合固體和液體電解質,以與大型電池廠中使用的傳統電池制造技術完全兼容。