新型设计降低电池制造成本

外媒报道称，为了开发锂基电池的替代设计，减少对稀有金属的依赖，美国佐治亚理工学院研究人员一直在寻找新的正极和电解质，以低成本的过渡金属氟化物和固体聚合物电解质替代昂贵的金属钴和传统的液体电解质。

“由过渡金属氟化物制成的电极长期存在稳定性问题和快速失效，导致人们对它们用于下一代电池的能力产生了极大的怀疑，”佐治亚理工学院材料科学与工程学院教授GlebYushin说，“但我们已经证明，当与固体聚合物电解质一起使用时，金属氟化物即使在较高温度下也能表现出非凡的稳定性，这可能会产生更安全、更轻、更便宜的锂离子电池。”

对此，乔治亚理工学院的研究人员用氟化铁和固体聚合物电解质纳米复合材料制造了一种新型正极材料。为了生产这种正极，研究人员将固体聚合物电解质插入预制的氟化铁电极中，然后热压整个结构以增加密度并消除空隙。

“由氟化铁制成的阴极具有巨大的潜力，因为它们具有高容量，低材料成本和广泛的铁含量，”Yushin说，使用具有弹性的固体电解质可以解决许多问题。

由于聚合物基电解质是柔性的，因此它可以在循环时适应氟化铁的溶胀，并与氟化铁形成稳定且柔韧的界面，从而解决了先前电池设计中使用氟化铁出现的膨胀和大量副反应等关键问题。

为了进一步研究该材料的性能，研究人员测试了新型固态电池的几种变体，分析了它们在122华氏度的温度下超过300次充放电循环的性能。他们发现新电池在使用金属氟化物时表现优于以前的设计，而更好的电池性能的关键是固体聚合物电解质。

据了解，氟化铁的锂容量是传统钴基或镍基正极的两倍以上。此外，铁的成本仅为钴的1/300和镍的1/150。

未来，研究人员的目标是开发新的和改进固体电解质，以实现快速充电，并在新设计中结合固体和液体电解质，与大型电池企业使用的传统电池制造技术完全兼容。