锂离子顺畅移动——发现下一代电池材料

大阪府立大学的作田敦副教授(36岁)凭借其在有望成为下一代锂离子电池的“全固态电池”材料研究上的成就,获得了2020年度日本文部科学大臣颁发的青年科学家奖。

(图片均来自雅虎)

对于智能手机等移动设备和电动汽车而言,可重复充电的锂离子电池必不可少,而且锂离子电池对环境无污染,去年,吉野彰(Akira Yoshino)和一位美国研究员正是由于在锂离子电池研发领域作出的贡献而获得了诺贝尔化学奖。

但是,目前用于电池材料的电解质是液态的有机溶剂,存在燃烧起火的危险。另一个问题是在维持安全性的前提下,电池的容量和输出功率有限,同时液体电解质长时间使用后可能会发生泄漏。

因此,使用固体电解质代替液体的全固态电池成为研究的重点,其被视为安全、大容量、高输出的下一代电池。

然而,使用固体电解质的话,与液体不同,材料中容易产生间隙,锂离子在正极和负极之间往返移动将变得困难,导致充放电无法顺畅进行。

作田先生发现,即使是在常温下,只要对硫化合物类的硫化物基固体电解质施加压力,其就会像经过高温烧制一样粘在一起,从而减小材料之间的间隙。作田先生还发现该电解质具有便于锂离子在其中顺畅移动的晶体结构。

而且,在正极使用硫化物,能够提高电池容量,同时增大电池的输出功率。据称,作田先生的这些研究被认为对电池开发具有突出贡献,因而获得了该奖项。

使用全固态电池试制品点亮LED灯泡

作田先生表示,“在全固态电池的实际应用方面,人们十分期待将其搭载于电动汽车上”。

由于硫化物大多与水反应产生毒性气体,因此制造工序的安全性是全固态电池普及过程中面临的重大挑战之一。

“我们还在研究即使在高湿度下也不会排放气体的硫化物基材料。”

大阪府立大学是世界顶级的全固态电池材料研究中心之一,在玻璃研究方面,该大学数十年间已积累了丰富的经验,玻璃结晶化的研究与让锂离子容易通过的电池材料的研究密切相关。


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