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据报道,韩国蔚山国家科学技术研究院(UNIST)的研究人员,演示了一种新型无溶剂单锂离子导电共价有机骨架。这项研究由 UNIST能源和化学工程学院的教授Sang-Young Lee 和Sang Kyu Kwak共同领导。在研究过程中,研究小组展示“固体离子导体”的新概念,可以有选择性地使锂离子通过离子通道。由于它们是固体,而且能够有效地传输锂离子,有望成为下一代电池的原料,如高压电池或锂金属电池。
目前,锂离子电池所使用的是高度易燃液体电解质,非常容易发生火灾或爆炸。作为替代方案,固体电解质正在开发中,但它的离子传导率低于液体电解质。特别是在提升电池性能方面,很多固体电解质存在局限性,因为离子的迁移路径曲折而复杂。
Lee教授利用多孔晶体材料作为离子导体,比如共价有机骨架(COF),来解决这一问题。通过在材料内部有规律地安排锂离子通道,极大地提高离子传导性能。这项研究的第一作者、UNIST能源与化学工程学院的Kihun Jeong博士说:“新开发的离子导体是一种完全不使用液体的固相载体,实现固态单锂离子的导电行为。”
单锂离子导电行为是指理想的情况下,只有锂离子通过电解质传输。由于锂离子是阳离子,所以很容易与阴离子一起移动。不必要的阴离子迁移会在电极表面引起副反应,降低电池性能。 本项研究将阴离子固定在锂离子通过的路径中,并利用与锂离子配对的阴离子单体合成有机骨架结构。这样,只有锂离子沿通道流动,实现理想的流动状态。研究人员从理论上确定计算化学的用途。在计算科学中,锂离子沿着离子导体通道中有规律排列的氧原子移动。
Lee教授说:“这项研究为固体离子导体的设计提供新方向,为‘高性能固体电解质’的开发奠定基础。这对下一代电池的商业化至关重要,包括所有固态电池。这种导体可以选择性地、有效地输送锂离子,而且完全不必使用容易爆炸的有机溶剂,具有非凡的意义。这些离子导体不仅适合作为固态电池的电解质,而且可以应用于高活性锂金属电极。”
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作为正极材料中,最难落地的富锂锰基材料,正迎来产业化曙光。4月2日,国内固态电池企业太蓝新能源对外公布了可以满足车规级应用的全固态电池研发进展:公司已成功制备出世界首块车规级单体容量120Ah,实测能量密度达到720Wh/kg的超高能量密度体型化全固态锂金属电池。据电池中国了解,太蓝新能源720Wh
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