新型锂金属氯化物固态电解质设计可为电池行业带来变革

新型锂金属氯化物固态电解质设计可为电池行业带来变革固态电解质的必要性目前的商用电池亟需解决的一个问题是对液态电解质的依赖，而液态电解质存在易燃和爆炸的风险。因此，开发不可燃的固体电解质对于推动固态电池技术的发展至关重要。在全球向可持续交通转变的过程中，全世界都在加紧管制内燃机汽车并扩大电动汽车的使用，因此，对二次电池核心部件，尤其是固态电池的研究取得了显著的进展。金属离子（本例中为钇）在各层中的排列会影响离子导电性。为确保锂离子畅通无阻地移动，每层中占据可用位置的金属离子数量应少于0.444。此外，要在每一层中为锂离子创造足够宽的通道，金属离子的占有率应大于0.167。因此，每层内金属离子的占有率应介于0.167和0.444之间，这样才能形成具有高离子电导率的导电层。资料来源：基础科学研究所要使固态电池在日常使用中切实可行，关键是要开发出具有高离子导电性、强大的化学和电化学稳定性以及机械灵活性的材料。虽然之前的研究成功地开发出了具有高离子电导率的硫化物和氧化物基固体电解质，但这些材料都不能完全满足所有这些基本要求。氯化物基固体电解质的研究进展过去，科学家们也曾对氯化物基固体电解质进行过探索。氯化物基固体电解质以其卓越的离子导电性、机械柔韧性和高电压稳定性而著称。这些特性使一些人推测氯化物电池最有可能成为固态电池。然而，这些希望很快就破灭了，因为氯化物电池严重依赖昂贵的稀土金属（包括钇、钪和镧系元素）作为辅助成分，因此被认为是不切实际的。为了解决这些问题，IBS研究小组研究了金属离子在氯化物电解质中的分布。他们认为，三元氯化物电解质之所以能达到较低的离子电导率，是基于结构中金属离子排列的变化。他们首先在氯化锂钇（一种常见的氯化锂金属化合物）上测试了这一理论。当金属离子位于锂离子通路附近时，静电力会阻碍锂离子的移动。相反，如果金属离子的占有率过低，锂离子的移动路径就会变得过于狭窄，从而阻碍锂离子的移动。基于这些见解，研究小组引入了设计电解质的策略，以缓解这些相互冲突的因素，最终成功开发出一种具有高离子电导率的固体电解质。研究小组还进一步成功地展示了这一策略，创造出一种基于锆的锂金属氯化物固态电池，其成本远远低于采用稀土金属的变体。这是首次证明金属离子排列对材料离子导电性的重要影响。金属离子分布的影响这项研究揭示了金属离子分布在氯基固体电解质离子电导率中经常被忽视的作用。预计IBS中心的研究将为各种氯基固体电解质的开发铺平道路，并进一步推动固态电池的商业化，有望提高能源存储的经济性和安全性。通讯作者KangKisuk说："这种新发现的氯化物基固体电解质有望突破传统硫化物和氧化物基固体电解质的限制，使我们离固态电池的广泛应用更近了一步。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1394587.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1394587.htm

斯坦福大学的技术突破为下一代快速充电的锂金属电池创造了可能

斯坦福大学的技术突破为下一代快速充电的锂金属电池创造了可能高级作者WilliamChueh解释说，只要电池有轻微的压痕、弯曲或扭曲，就会导致材料中的纳米级裂缝打开，锂就会侵入固体电解质中，导致其短路。即使是制造过程中引入的灰尘或其他杂质也能产生足够的压力导致故障，他与机械工程系助理教授WendyGu一起指导了这项研究。艺术家渲染图显示，一个探针因施加压力而弯曲，导致其中充满了锂的固体电解质断裂。在右边，探针没有压在电解质上，锂板在陶瓷表面。资料来源：Cube3D固体电解质失效的问题并不新鲜，许多人都研究过这种现象。关于到底是什么原因的理论众说纷纭。有些人说是电子的意外流动造成的，而其他人则指出是化学反应造成的。然而，还有人理论上认为是不同的力量在起作用。在今天（1月30日）发表在《自然-能源》杂志上的一项研究中，共同牵头人GeoffMcConohy、XinXu和TengCui通过严格的、具有统计学意义的实验解释了纳米级缺陷和机械应力如何导致固体电解质失效。世界各地试图开发新的固体电解质可充电电池的科学家们可以围绕这个问题进行设计，甚至将这一发现转化为他们的优势，正如这个斯坦福大学团队的大部分人现在正在研究的那样。能量密集、快速充电、不易燃的锂金属电池能够持续很长时间，可以克服广泛使用电动汽车的主要障碍，还有许多其他好处。今天许多领先的固体电解质是陶瓷的。它们能够实现锂离子的快速传输，并将储存能量的两个电极物理分离。最重要的是，它们是防火的。但是，就像我们家里的陶瓷一样，它们的表面会出现微小的裂缝。研究人员通过60多个实验证明，陶瓷经常被注入纳米级的裂缝、凹痕和裂纹，许多裂纹的宽度不到20纳米。(Chueh和他的团队说，在快速充电期间，这些固有的裂缝会打开，允许锂侵入。一段扫描电子显微镜视频，显示了在固体电解质上发生的镀锂过程在每个实验中，研究人员将一个电探针施加到固体电解质上，形成一个微型电池，并使用电子显微镜实时观察快速充电。随后，他们用离子束作为"手术刀"，了解为什么锂在某些地方如愿以偿地聚集在陶瓷表面，而在其他地方则开始钻入，越钻越深，直到锂在固体电解质上搭桥，形成短路。差异在于压力。当电探针仅仅接触到电解质的表面时，即使电池在不到一分钟内被充电，锂也会聚集在电解质上面。然而，当探针压入陶瓷电解质，模仿压痕、弯曲和扭曲的机械应力时，电池短路的可能性更大。现实世界中的固态电池是由一层又一层的阴极-电解质-阳极片叠加而成。电解液的作用是将阴极和阳极物理隔离，但允许锂离子在两者之间自由移动。如果阴极和阳极以任何方式接触或电性连接，如通过金属锂的隧道，就会发生短路。正如Chueh和团队所展示的那样，即使是细微的弯曲、轻微的扭曲，或夹在电解质和锂阳极之间的灰尘斑点，都会造成难以察觉的缝隙。McConohy说："如果有机会钻进电解质，锂最终会蜿蜒穿过，连接阴极和阳极。当这种情况发生时，电池就会失效。"XinXu、TengCui和GeoffMcConohy-这项新研究的共同主要作者坐在用于这项研究的聚焦离子束/扫描电子显微镜前他们使用扫描电子显微镜记录了这一过程的视频--正是这些显微镜无法看到未经测试的纯电解质中的新生裂缝。这有点像原本完美的路面上出现坑洞的方式。通过雨和雪，汽车轮胎将水打入路面上预先存在的微小缺陷中，产生不断扩大的裂缝，并随着时间的推移而增长。锂实际上是一种软材料，但是，就像坑洞中的水一样，它所需要的只是压力来扩大差距并导致故障。有了他们的新认识，Chueh的团队正在研究如何在制造过程中有意使用这些相同的机械力来强化材料，就像铁匠在生产过程中对刀片进行退火。他们还在研究如何在电解质表面涂上一层涂层，以防止出现裂缝或在出现裂缝时对其进行修复。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341789.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341789.htm

科学家开发出具有高性能的本征聚合物电解质

科学家开发出具有高性能的本征聚合物电解质科学家们从一种交联聚合物中开发出了一种固态电解质，这种电解质具有很高的离子传导性和稳定性，有望用于下一代锂电池。这种新材料在循环300次后仍能保持90%以上的电池存储容量，是目前液态电解质更安全的替代品。这种新开发的高导电性固体电解质可能会为固态锂电池铺平道路。电池通过化学反应储存能量，这取决于带电离子通过电解质从阴极流向阳极。本征聚合物电解质聚合反应路径。资料来源：Li等人遗憾的是，聚合物电解质在室温下的离子电导率太低，无法实用。最近生产并被描述为"固态"的其他电解质实际上含有凝胶。QuanfengDong及其同事设计并合成了一种固态电解质，它由1,3-dioxolane(DOL)和季戊四醇缩水甘油醚(PEG)组成的交联聚合物制成。这种本征聚合物电解质（IPE）具有三维（3D）网状结构，在室温下离子电导率高达0.49毫西门子/厘米，远远高于PEO。本征聚合物电解质的锂离子迁移率高达0.85。使用本征聚合物电解质制造的电池在经过300次充放电循环后，仍能保持90%以上的存储容量。作者说，这种材料可能是下一代高能量密度全固态锂电池的良好选择。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382137.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382137.htm

科学家们开发出了一种用于锂离子电池的超低浓度电解质

科学家们开发出了一种用于锂离子电池的超低浓度电解质锂离子电池（LIB）为智能手机和平板电脑提供电力，驱动电动汽车，并在发电厂储存电力。大多数锂离子电池的主要成分是锂钴氧化物（LCO）阴极、石墨阳极以及为阴极和阳极的解耦反应提供移动离子的液态电解质。这些电解质决定了电极上形成的相间层的性质，从而影响电池循环性能等特性。然而，商用电解质大多仍基于30多年前配制的系统：1.0至1.2摩尔/升六氟磷酸锂（LiPF6）在羧酸酯（"碳酸溶剂"）中的溶液。在过去的十年中，高浓度电解质（>3mol/L）得到了发展，它们有利于形成坚固的无机主导相间层，从而提高了电池性能。然而，这些电解质粘度高、润湿能力差、导电性差。由于需要大量的锂盐，这些电解质的价格也非常昂贵，而这往往是影响可行性的一个关键参数。为了降低成本，超低浓度电解质（<0.3mol/L）的研究也已开始。这些电解质的缺点是，电池电池分解的溶剂多于少量的盐阴离子，从而导致有机物占主导地位，相间层的稳定性较差。由宁波大学（中国）和波多黎各大学里奥皮德拉斯校区（美国）的袁金良、夏岚和吴先勇领导的研究小组现已开发出一种超低浓度电解质，可能适用于锂离子电池的实际应用：LiDFOB/EC-DMC。LiDFOB（二氟草酸硼酸锂）是一种常见的添加剂，价格比LiPF6便宜得多。EC-DMC（碳酸乙酯/碳酸二甲酯）是一种商用碳酸酯溶剂。这种电解液的含盐量低至2重量百分比（0.16摩尔/升），但离子电导率却高达4.6mS/cm，足以使电池正常工作。此外，DFOB-阴离子的特性还能在LCO和石墨电极上形成以无机物为主的坚固相间层，从而在半电池和全电池中实现出色的循环稳定性。目前使用的LiPF6会在潮湿环境中分解，释放出剧毒和腐蚀性的氟化氢气体（HF），而LiDFOB则对水和空气稳定。使用LiDFOB的LIB不需要严格的干燥室条件，而可以在环境条件下制造，这又是一个节约成本的特点。此外，回收问题也会大大减少，从而提高可持续性。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428465.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428465.htm

人工固态电解质层（ASEI）的发明有望在未来全面提高电池的功能和寿命

人工固态电解质层（ASEI）的发明有望在未来全面提高电池的功能和寿命金属锂因其能量密度优于其他材料而被选为电池阳极，这是一个明智的选择。然而，电极与电解液之间的界面存在挑战，这为在未来应用中实现更安全、更高效的性能提供了改进机会。金属锂阳极的挑战和解决方案清华大学的研究人员一开始热衷于用金属锂阳极取代石墨阳极，以构建能量密度更高的电池系统。然而，锂金属并不稳定，很容易与电解质发生反应，形成固体-电解质相（SEI）。遗憾的是，天然的SEI既脆又易碎，因此寿命和性能都很差。在此，研究人员研究了一种天然SEI的替代品，它可以有效缓解电池系统内的副反应。答案就是ASEI：人工固态电解质相。ASEI纠正了困扰裸锂金属阳极的一些问题，使其成为更安全、更可靠、甚至更强大的电源，可更放心地用于电动汽车和其他类似应用。研究成果的发表和意义9月25日，研究人员在《能源材料与器件》（EnergyMaterialsandDevices）杂志上发表了他们的研究成果。电池技术正在彻底改变我们的生活方式，与每个人的生活息息相关。为了实现真正的无碳经济，需要性能更好的电池来取代目前的锂离子电池。每个楔形层由不同的电极-电解质界面结构组成，有助于对锂金属电极进行实用的全面设计。资料来源：王艳艳，阿德莱德大学锂金属电池（LMB）就是这样一种候选电池。然而，阳极（金属锂）与电解质具有反应性，在电池运行过程中会在金属锂表面形成钝化层，即固体-电解质间相。锂金属阳极的另一个问题是电池充电时出现的所谓"枝晶生长"。枝晶看起来像树枝结构，会造成电池内部损坏，刺穿隔膜导致短路、性能不佳和潜在的安全隐患。这些弱点降低了锂金属电池板的实用性，并提出了一些必须解决的挑战。改进锂金属阳极的策略上文介绍了一些可用于制造更有效、更安全的锂金属阳极的策略。研究人员发现，要改进锂金属阳极，必须使锂离子分布均匀，这有助于减少电池负电荷区域的沉积物。这反过来又会减少枝晶的形成，从而防止过早衰变和短路。此外，在确保各层电绝缘的同时，为锂离子扩散提供更便捷的途径，有助于在电池循环过程中保持结构的物理和化学完整性。最重要的是，减少电极与电解液界面之间的应变可确保各层之间的适当连接，而这正是电池功能的重要组成部分。ASEI层的潜力和未来方向看来最有潜力的策略是聚合物ASEI层和无机-有机混合ASEI层。聚合物层在设计上有足够的可调节性，强度和弹性都很容易调节。聚合物层还具有与电解质相似的官能团，因此具有极高的兼容性；而这种兼容性正是其他元件所缺乏的主要方面之一。无机-有机混合层的最大优点是减少了层厚度，明显改善了层内成分的分布，从而提高了电池的整体性能。ASEI层的前景是光明的，但也需要一些改进。研究人员主要希望改善ASEI层在金属表面的附着力，从而全面提高电池的功能和寿命。需要注意的其他方面还有：层内结构和化学成分的稳定性，以及尽量减小层的厚度以提高金属电极的能量密度。一旦这些问题得到解决，改进型锂金属电池的前路就会一片光明。了解更多：https://doi.org/10.26599/EMD.2023.9370005...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397963.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397963.htm

#美国 #斯坦福大学艺术馆

#美国#斯坦福大学艺术馆【华侨出海独家素材频道】斯坦福大学艺术馆（CantorArtsCenter）位于美国加州斯坦福大学校园内，是一座以收藏、展示和研究艺术品为主要任务的博物馆。该艺术馆成立于1891年，是美国西部最古老的艺术博物馆之一，拥有丰富的艺术品收藏，包括欧洲绘画、雕塑、亚洲艺术、非洲艺术、美洲原住民艺术等。斯坦福大学艺术馆的地址是：328LomitaDr,Stanford,CA94305，位于斯坦福大学校园内，距离旧金山市区约有40公里。可以乘坐公共交通工具或自驾前往。