3-го числа в Университете науки и технологий Китая стало известно,разрабатываетновыйтвердотельныйэлектролитстоимостькоторогосоставляетменееотстоимостисовременногосовременногоэквивалента что профессор Ма Чэн из школы разработал новый тип твердого электролита. Его комплексные характеристики аналогичны самым современным сульфидным и хлоридным твердым электролитам. но стоимость меньше последнего на 4%, подходит для промышленного применения.
Результаты были опубликованы во всемирно известном научном журнале Nature Communications 27 июня.
Полностью твердотельные литиевые батареи могут преодолеть серьезные недостатки безопасности существующих коммерческих литий-ионных батарей и еще больше увеличить плотность энергии. Это прорывная технология для новых энергетических транспортных средств и отраслей хранения энергии. Однако, поскольку основной материал твердотельных литиевых батарей — твердотельные электролиты — трудно сбалансировать между производительностью и стоимостью, индустриализация по-прежнему сталкивается с огромными препятствиями.
Чтобы удовлетворить потребности практического применения, твердый электролит полностью твердотельных литиевых батарей должен одновременно отвечать как минимум трем условиям: высокая ионная проводимость (более 1 миллисименса на сантиметр). при комнатной температуре), хорошая деформируемость (достижение плотности более 90% при давлении от 250 до 350 МПа) и достаточно низкая стоимость (менее 50 долларов США за килограмм). Однако широко изученные в настоящее время оксидные, сульфидные и хлоридные твердые электролиты не могут одновременно удовлетворять этим условиям.
В этом исследовании Ма Чэн больше не сосредотачивался ни на одном из вышеупомянутых оксидов, сульфидов и хлоридов, а обратился к оксихлориду, разработав и синтезировав новый твердотельный электролит — — оксихлорид лития-циркония, этот материал имеет сильное ценовое преимущество. При синтезе с гидратированным гидроксидом лития, хлоридом лития и хлоридом циркония стоимость сырья составляет всего 11,6 долларов США за килограмм, что удовлетворяет вышеупомянутому требованию в 50 долларов США за килограмм. Если для синтеза используются гидратированный оксихлорид циркония, хлорид лития и хлорид циркония, стоимость оксихлорида лития-циркония может быть дополнительно снижена примерно до 7 долларов США за килограмм, что намного ниже, чем у самого экономически эффективного в настоящее время хлорида циркония с твердым электролитом. (10,78 долларов США за килограмм) и менее 4% сульфидных и редкоземельных твердых электролитов на основе хлоридов индия.
Несмотря на значительное преимущество в стоимости, комплексные характеристики оксихлорида лития-циркония эквивалентны характеристикам самых современных твердых сульфидных и хлоридных электролитов. Его ионная проводимость при комнатной температуре достигает 2,42 миллисименса на сантиметр, что превышает 1 миллисименс на сантиметр, необходимый для применения, и входит в число лучших среди различных типов твердых электролитов, известных в настоящее время. В то же время его хорошая деформируемость позволяет материалу достигать плотности 94,2% под давлением 300 МПа, что вполне соответствует потребностям применения, а также лучше, чем сульфидные и хлоридные твердые электролиты (что эквивалентно плотности менее 90% под давлением). .
Эксперименты доказали, что полностью твердотельная литиевая батарея, состоящая из оксихлорида лития-циркония и тройного катода с высоким содержанием никеля, демонстрирует чрезвычайно превосходные характеристики: при условии быстрой зарядки в течение 12 минут батарея по-прежнему успешно заряженный Стабильный цикл при комнатной температуре более 2000 циклов.
Исследователи заявили, что оксихлорид лития-циркония может достичь производительности, аналогичной самым современным сульфидным и хлоридным твердым электролитам, при минимальных затратах, что имеет большое значение для индустриализации полностью твердотельных литиевых батарей.
Рецензенты считают, что это открытие является «очень новым и оригинальным», а материал оксихлорид лития-циркония «очень многообещающим» и «способствует коммерциализации технологии твердотельных аккумуляторов».