近期，全固態(tài)電池領(lǐng)域迎來(lái)了一項(xiàng)重大突破。隨著電動(dòng)交通等領(lǐng)域?qū)﹄姵啬芰棵芏群蛪勖蟮牟粩嗵岣?，全固態(tài)電池因其卓越的安全性和高比能量而備受矚目。北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院龐全全教授的研究團(tuán)隊(duì)，在這一領(lǐng)域取得了顯著成果。
龐全全團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種新型玻璃相硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料，該材料具備出色的離子電導(dǎo)率。基于這一創(chuàng)新材料，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出全固態(tài)鋰硫電池，該電池在快充性能和循環(huán)壽命上均展現(xiàn)出卓越表現(xiàn)。
這一研究成果已在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表，題為“All-solid-state Li?S batteries with fast solid?solid sulfur reaction”。該論文詳細(xì)闡述了新型電解質(zhì)材料的設(shè)計(jì)與合成，以及其在全固態(tài)鋰硫電池中的應(yīng)用。
據(jù)龐全全教授介紹，傳統(tǒng)全固態(tài)鋰硫電池面臨性能和壽命的雙重挑戰(zhàn)。團(tuán)隊(duì)通過(guò)引入含有氧化還原活性的碘元素，激活了電池中難以進(jìn)行的兩相界面反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了快速固固硫反應(yīng)。這一創(chuàng)新機(jī)制不僅解決了電解質(zhì)充電副反應(yīng)的問(wèn)題，還將其轉(zhuǎn)化為有益于氧化還原的介導(dǎo)反應(yīng)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，新型全固態(tài)鋰硫電池在快充性能上取得了顯著突破。在2C倍率下，電池能夠釋放出高達(dá)1497 mAh g?1的比容量；即使在20C超高倍率充電時(shí)，其容量仍可達(dá)到784 mAh g?1。在常溫下以5C倍率循環(huán)25000次后，電池仍能保持80.2%的初始容量，展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
龐全全團(tuán)隊(duì)的研究不僅為全固態(tài)鋰硫電池的技術(shù)發(fā)展提供了重要的理論指導(dǎo)意義，還為拓展全固態(tài)電池的性能邊界帶來(lái)了新契機(jī)。這一成果有望在下一代汽車(chē)動(dòng)力電池、低空飛行動(dòng)力、高端電子電池等多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
為了深入探究碘的氧化還原現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)還利用飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜對(duì)電池進(jìn)行了詳細(xì)分析。結(jié)果證明，在電池充電過(guò)程中，正極內(nèi)部的I?和I??物種顯著增加；而在放電后，這些物種的數(shù)量則相應(yīng)減少，表明存在可逆的碘氧化還原行為。
龐全全教授表示，這一創(chuàng)新機(jī)制的實(shí)現(xiàn)得益于團(tuán)隊(duì)對(duì)電解質(zhì)材料的化學(xué)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的深入研究。通過(guò)引入碘元素并優(yōu)化電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)成功激活了傳統(tǒng)電池中難以進(jìn)行的反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)鋰硫電池在快充性能和循環(huán)壽命上的雙重突破。
