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宾夕法尼亚州立大学利用冷烧结实现多材料集成 以生产更好的固态电池

盖世汽车网    2022-02-10 17:06

盖世汽车讯与传统电池相比,固态电池具有更高的能量潜力且更安全,是推动电动汽车发展的关键。据外媒报道,宾夕法尼亚州立大学(Penn State University)的研究人员提出了一种改进的固态电池生产方法,通过冷烧结实现多材料集成,从而获得更好的电池。

 

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(图片来源:宾夕法尼亚州立大学)

 

该团队在相对较低的温度下对陶瓷固态电解质进行冷烧结。对碳和活性材料来说,传统烧结过程中的温度过高,会导致材料降解。研究人员将陶瓷固态电解质的烧结温度,从通常的1200℃降至400℃以下,从而使固态电解质可与电池中的其他构成整合在一起,比如活性材料和电极,并将界面冷烧结在一起。

该项研究的主要作者、材料科学博士生Zane Grady表示,解决这一问题是目前科学界最热门的话题之一。“这表明利用陶瓷制造固态电池是可能的。在采用低温烧结方法之前,人们认为在低温环境下必须使陶瓷在密度或电导率上做出妥协。这打开了固态电池材料之间可以协同加工的整个窗口,这是其他任何陶瓷加工方法都做不到的。”

固态电池电解质由陶瓷、聚合物、聚合物基复合材料或柔软的非晶态材料制成。作为离子导体和固态电解质,陶瓷被认为是最好的材料之一。在之前的一项研究中,该团队演示了如何在低于150℃的低温烧结条件下,制造多层固态锂离子电池。研究人员借助导电盐来获得适当的电化学性能,然而,这会削弱部分导电和安全性能。该团队证明,由磷酸锆硅酸钠组成的固态电解质(简称NASICON固态电解质),可以在略高的温度(375℃)下进行冷烧结,方法是采用活性更强的固体氢氧化钠瞬态溶剂,代替液体瞬态溶剂。在这种情况下,不使用任何额外的导电盐,就制备出一种导电陶瓷固态电解质。

对于目前的这项研究,该团队展示了一种制造固态电池混合导电电极的新途径。该团队采用一种NASICON(钠超离子导体)正极陶瓷粉末,通过瞬态溶剂使其致密化成为陶瓷复合颗粒,并用卡弗压片机(carver press)对粉末施加必要的压力,在375℃下加热3小时。

该团队下一步将微调这种固态电池冷烧结工艺。Grady表示:“研究人员认为有可能真正探讨冷烧结电解质的成分,并研究陶瓷混合导电和组成之间的关系。这样就可以充分优化活性材料,同时获得在适当温度下运行电池所需的导电性。另一方面,研究人员也在探索分层结构。这样就可以混合所有东西,包括正极中的固体电解质。”

研究人员还将探讨一些额外问题,比如如何将正极和电解质叠放在一起,而不会在界面上造成离子瓶颈;以及可以制造出多薄的电解质。

【以上内容转自“盖世汽车”,不代表本网站观点。 如需转载请取得盖世汽车网许可,如有侵权请联系删除。】

 

责任编辑: 4162SKX

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