A * STAR的NanoBio Lab(NBL)的研究人員設(shè)計了一種用于鋰硫電池的半固態(tài)電解質(zhì)，可在不損害其性能的情況下提高其安全性。這一有希望的突破為鋰硫電池在各種電子和儲能應(yīng)用中用作高效電源解決方案鋪平了道路。

安全性是阻礙鋰電池工業(yè)使用的重要問題，這是因為其易燃的易燃液體有機電解質(zhì)容易泄漏，并且依賴于熱和機械不穩(wěn)定的電極隔板。盡管固態(tài)電解質(zhì)已顯示出改善鋰電池安全性的潛力，但它們不良的電極/電解質(zhì)接觸和有限的離子電導率導致了主要的電導瓶頸和低性能。

NBL研究團隊負責人Jackie Y. Ying教授分享道：“同時包含液體和固體成分的混合準固體電解質(zhì)已成為切實可行的折衷方案，可在保持良好性能的同時獲得更安全的電池。但是，固體的高電阻迄今為止，該組件已經(jīng)限制了此類電池的性能。為克服這一問題，我們對固體組件的微觀結(jié)構(gòu)進行了重新設(shè)計。我們的解決方案消除了電解質(zhì)泄漏，并且具有熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。”

NBL研究團隊設(shè)計了一種混合型準固體電解質(zhì)，該電解質(zhì)包括由Li 7 La 3 Zr 2 O 12(LLZO)片材制成的注液多孔膜。該團隊還開發(fā)了一種新穎的制造LLZO薄板的方法，該薄板用于構(gòu)建電解質(zhì)的框架。他們將這種制作3-D圖紙框架的一步過程稱為“杯子蛋糕”方法。

選擇LLZO是因為它具有高離子電導率以及良好的化學和電化學穩(wěn)定性。電解質(zhì)的非剛性結(jié)構(gòu)使其能夠與電極保持非常良好的接觸，并防止在處理和電池組裝過程中破裂。這樣可以使電池更安全，性能更好。NBL的半固體電解質(zhì)在很寬的電壓范圍內(nèi)也是穩(wěn)定的，因此可以與包括高壓陰極在內(nèi)的各種鋰電池電極材料一起使用。

使用NBL新型電解液制成的鋰硫電池顯示出高容量，快速的充電/放電能力以及有趣的多硫化物穿梭控制，從而穩(wěn)定了電池的性能。在測試中，該新型電解質(zhì)在1.5 mg / cm 2的負載密度下實現(xiàn)了顯著的速率能力(分別在1和2C下分別為?515和?340 mAh / g)。這是鋰硫混合準固態(tài)電池實現(xiàn)的最高已知性能。

應(yīng)教授說：“我們發(fā)現(xiàn)基于3D薄片的框架對于電池的最佳性能至關(guān)重要。此外，我們的系統(tǒng)在極端溫度下也表現(xiàn)出出色的穩(wěn)定性。這些結(jié)果說明了基于薄片的結(jié)構(gòu)作為框架的巨大潛力用于其他半固態(tài)鋰電池。”

NBL團隊正在開發(fā)新型鋰離子，鋰硫和鋰固態(tài)電池，以實現(xiàn)商業(yè)化。