你可能经历过手机突然没电、充电速度极慢的恐惧。再加上在最不方便的时候死机的耳机或笔记本电脑。也许你会因为有限的续航里程(或高昂的价格)而推迟购买电动汽车。这些电池故障和充电崩溃是由于为当今技术提供动力的锂离子电池的缺陷。

　　但佛罗里达州立大学总部的国家强磁场实验室最近的研究正在推进一种新型、更好的电池的工作。研究结果发表在《科学进展》杂志上。

　　科学家们正在寻求从过去30年来为我们的设备提供动力的液体电解质锂离子电池过渡到能够满足下一代电子产品需求的固态系统。固态电池更安全，减少了电池损坏、短路或过热时发生火灾的可能性。而且固态电池还能提供更高的能量密度和更长的电池寿命。

　　“现在，也许你会注意到你的iphone或平板电脑，它们在电池耗尽或你必须更换新手机之前确实有一段时间。理想情况下，对于全固态电池，它们可以持续更长时间，”FSU博士生Erica Truong说。

　　但是固态电池的一个主要缺点使其无法得到更广泛的应用。它们的生产成本很高，而且很难大量生产。

　　Truong是佛罗里达州立大学化学和生物化学教授胡燕燕(Yan-Yan Hu)的研究团队成员，致力于开发固态电池系统，以提高性能并具有商业可行性。

　　“在这项研究中，我们研究了一种新的固体电解质设计，它可以普遍应用于其他系统，以帮助提高它们的性能，”Truong说。

　　电解质是电池的重要组成部分，充当阴极(或负极)和阳极(或正极)之间的隔膜。它们促进离子在电极之间的运动，使电池在连接到电源时能够充电，或者在连接到手机等设备时能够供电。

　　FSU团队分析了一种由氯化锂和氟化镓制成的有前途的电解质的结构和性质。他们发现了一种可以有效促进固体电解质中离子传输的策略。

　　利用MagLab的固态核磁共振系统，研究人员详细研究了凝胶状电解质的结构特征，这些结构特征有助于离子传输。研究发现氯和氟以一种叫做电荷聚集的方式结合，释放出锂离子。

　　这转化为快速充电和更长的寿命从电池。

　　“电荷聚集现象有助于削弱锂和其他组件之间的联系，因此锂可以更快，更有效地通过电解质，”张说。“这种材料的有趣之处在于它不是纯固体;它更像粘土。”

　　这种类似粘土的特性意味着这种材料可以被塑造和模压，以适应任何空间。

　　“这可能是有益的，因为它可以更好地融入电池，改善电解质和电极之间的接触，”Truong解释说。

　　该项目是通过三星先进技术研究所与三星合作的，该研究所最初于2021年设计并合成了氯化锂和氟化镓电解质。

　　许多电子公司都在寻找理想的固态电池，以提高性能、提高安全性，并能快速、廉价地大规模生产，三星就是其中之一。

　　FSU的研究人员相信，他们的发现将激发电池设计的新领域，包括使用钠、钙或镁的固态电解质，从而使电池的性能“远远超过目前的水平”。

　　更多信息:Sawankumar V. Patel等，2LiX-GaF 3中电荷聚集诱导的快速离子传导:电解质设计策略，Science Advances(2023)。DOI: 10.1126 / sciadv。引用本文:Research pinpoints factors for better battery design(2024, 2月12日)检索自https://techxplore.com/news/2024-02-factors-battery.html。本文受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。