近日，麻省理工學(xué)院（MIT）的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)宣布，他們已經(jīng)開發(fā)出一種全新的電池電極，可以研發(fā)出能量密度更高的電池。

取得這一突破，得益于MIT朱麗實(shí)驗(yàn)室將“用純鋰金屬作為電池陽極”視為長(zhǎng)期追求的目標(biāo)；更讓人意料不到的是，開發(fā)出純鋰電極只是作為全固態(tài)電池概念設(shè)計(jì)的一部分。

當(dāng)前電池中的電解質(zhì)允許鋰離子在充電和放電循環(huán)中來回運(yùn)動(dòng)。但該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的全固態(tài)電池概念放棄了目前在電池內(nèi)部的兩個(gè)電極之間液體或聚合物凝膠的電解質(zhì)。

我們知道，全固態(tài)版本的電池，比過去曾是鋰電池爆炸源的高揮發(fā)性液體電解質(zhì)更安全。但固態(tài)電池面臨的最大挑戰(zhàn)之一是，當(dāng)它們充電時(shí)，原子在鋰金屬內(nèi)部堆積，導(dǎo)致鋰金屬隨著充電而膨脹，金屬在放電過程中收縮。電池形狀這種反復(fù)變化使固體很難保持恒定的接觸，并容易導(dǎo)致固體電解質(zhì)斷裂或分離。

此外，當(dāng)固體電解質(zhì)與鋰金屬接觸時(shí)，物質(zhì)之間的化學(xué)不穩(wěn)定性使固態(tài)物質(zhì)隨著時(shí)間的推移而降解。

因此，該開發(fā)團(tuán)隊(duì)使用了不同尋常的設(shè)計(jì)，構(gòu)建了兩類固體，即“混合離子電子導(dǎo)體”（MIEC）和“電子和鋰離子絕緣體”（ELI）。這兩種材料在與鋰金屬接觸時(shí)都具有化學(xué)穩(wěn)定性。

在這基礎(chǔ)上，他們還構(gòu)建了一種電池內(nèi)部的三維納米結(jié)構(gòu)，其形式為蜂窩狀六邊形的MIEC管陣列，部分陣列注入固體鋰金屬，形成電池電極，每個(gè)電極管中都有額外的空間。當(dāng)鋰在充電過程中膨脹時(shí)，它會(huì)填充管內(nèi)的空位。在充電過程中，這種流動(dòng)釋放了膨脹產(chǎn)生的壓力。ELI被用作MIEC壁和固體電解質(zhì)層之間的“關(guān)鍵機(jī)械粘合劑”。

據(jù)悉，該研究團(tuán)隊(duì)正在嘗試尋求規(guī)模化生產(chǎn)他們發(fā)明的途徑。

審核編輯：符乾江