锂电池的新设计或减少对稀有金属的依赖

纽约，9月15日(记者冯卫东)-根据最新一期《自然材料》，为了开发锂基电池的替代品并减少对稀有金属的依赖，美国佐治亚理工学院的研究人员开发了一种有前途的新阴极和电解质系统，用低成本的过渡金属氟化物和固体聚合物电解质代替昂贵的金属和传统的液体电解质。

新阴极由氟化铁活性材料和固体聚合物(一种塑料)电解质纳米复合材料制成。为了制造这种阴极，研究人员开发了一种方法，将固体聚合物电解质渗透到预制的氟化铁电极中，然后热压整个结构以增加密度和减少空隙。聚合物基电解质具有两个突出的优点，一个是它在循环过程中具有很强的弯曲和适应氟化铁膨胀的能力，另一个是它能够与氟化铁形成非常稳定的柔性界面，这解决了膨胀的关键问题和在以前的电池设计中使用氟化铁引起的大量副反应。

研究人员测试了几种新型固态电池，以分析其在50下300次充放电循环的性能。结果表明，提高电池性能的关键是固体聚合物电解质。当与固体聚合物电解质一起使用时，金属氟化物即使在高温下也表现出非凡的稳定性。这有望导致更安全、更轻、更便宜的锂离子电池。此外，氟化铁的锂容量是传统钴基或镍基阴极的两倍以上。铁比钴便宜300倍，比镍便宜150倍。

未来，研究人员将继续改进和开发新的固体电解质，以实现快速充电，并在新设计中融合固体和液体电解质，以与大型电池厂使用的传统电池制造技术完全兼容。