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日本东北大学开发出新型锂超离子导体

2019年03月18日 电子电气
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日本东北大学正在研究含有氢簇(由氢和硼形成的复合离子)材料的锂离子导电性,此次通过设计氢簇的分子结构,开发出了锂离子能高速导电的新型锂超离子导电材料,并发现这种材料对于可实现高能量密度的锂负极显示出了高稳定性。此外还证实,将新开发的这种锂超离子导体用作全固体电池的固体电解质,电池的使用时间能大幅增加。

日本东北大学开发出新型锂超离子导体

相关论文已于2019年3月6发表在英国科学杂志《自然通讯》(Nature Communications)的网络版上。

研究的目标是使复合氢化物在室温下实现锂的超离子导电。重点在于提高复合离子本身的不规则性。因此,研发小组选择了两种高度不规则的复合离子((CB9H10)-和(CB11H12)-),并通过将二者适当混合,进一步增强了不规则性。

对新开发的复合氢化物锂离子导电材料0.7L(CB9H10)-0.3Li(CB11H12)进行详细调查发现,温度在室温附近时,复合离子也能保持不规则性,最终在25°C的温度下获得了6.7mScm-1的锂离子导电率。在截至目前报告的复合氢化物中,这是最高的锂离子导电率,完全能媲美液体电解质的导电率。

另外,研发小组还在新开发的材料与具备高能量密度(与锂离子电池的负极材料碳相比,拥有10倍左右的能量密度)的“终极”负极材料——锂的界面,评估了锂的易移动性。发现界面电阻实现了迄今为止的最低值0.78Ωcm2。也就是说,锂在界面非常容易移动。这个结果表明,0.7L(CB9H10)-0.3Li(CB11H12)对锂负极也显示出了高稳定性,这对固体电解质来说是非常重要的性质。

基于锂超离子导电性和对锂负极的高稳定性等优异特性,研发小组利用新开发的材料制作了全固体电池,调查了充放电特性。

实验证实,将0.7L(CB9H10)-0.3Li(CB11H12)和锂分别作为固体电解质和负极的全固体电池在25°C的温度下能稳定工作。另外,还通过50°C温度下放电20分钟的充放电试验证实其具备2500Wh/kg的能量密度,这是迄今为止采用锂负极的全固体电池中的最高值,也就是说,电池的使用时间能够实现大幅增加。

文 JST客观日本编辑部

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