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我国学者在高电导率复合固态电解质研究方面取得重要进展
2020年10月23日    作者: 伊晓东 高飞雪    发布 : 化学科学部

在国家自然科学基金项目(批准号:21625304,21872055,21773290,21733012)等资助下,中科院苏州纳米所的陈立桅研究员团队与华东师大胡炳文教授团队合作,巧妙地运用同时电喷纺方法,首次成功地利用快速界面传导机理开发出低成本、高面电导的复合固态电解质。研究成果以“体相界面传导的超离子导体(Superionic Conductors via Bulk Interfacial Conduction)”为题,于2020年9月28日在《美国化学学会志》(Journal of the American Chemical Society)杂志上在线发表。论文链接:https://doi.org/10.1021/jacs.0c07060

固态电解质是发展高安全、高能量下一代固态锂电池的关键材料。无机硫化物电解质由于加工性好、电导率高,是目前最具实际应用前景的一类电解质,但该系列材料大部分专利都被日本控制,极大地限制了我国固态电池技术的发展。有机/无机复合固态电解质兼顾机械性和柔韧性,适合大规模加工并应用到固态电池中,但是,目前报导的复合固态电解质的综合性能尚不具有实际应用价值。

该团队创造性提出用共喷纺的方法制备含有大量连续界面的超薄复合固态电解质膜,利用快速界面传导机理,获得电导率达到1.16 mS cm-1和面电导高达464 mS cm-2(同类最高)的锂离子固态电解质,称其为体相界面快离子导体(Bulk interface superionic conductors,BISCs)。使用这种BISC电解质膜制备的全固态锂金属对称电池不仅有极低的过电位,而且可以稳定循环5000小时以上。同时,由于该电解质使用70wt%的低成本氧化物(如氧化锆),因此兼具优秀的机械性能和低成本,具有良好的应用前景。该团队进一步地把BISC概念应用到钠、镁离子固态电解质的研发中,验证了该技术的普遍适用性。

这一研究成果标志着我国学者在高性能快离子导体研究上取得了新突破,对研究开发高安全、高能量密度的下一代固态电池具有重要的意义。

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 图1. BISC薄膜的光学照片及锂、钠、镁离子BISC的离子电导率

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