生物学：固体电解质为固态电池打开了大门！ 锂离子导体的历史。日本科学家合成了两种晶体材料，这些晶体材料作为固体电解质显示出巨使用固体电解质制造的全固态电池表现出优异的性能，包括高功率和高能量密度，并且可以用于长途电动车辆。 高功率电池对于许多应用是理想的，包括未来的电动车辆。这些电池必须是可充电的，可以安全存储和在可变温度下使用，并保持相当长的时间充电。现在，Yuki Kato和Ryoji Kanno与丰田汽车公司，东京工业大学和日本高能加速器研究组织（KEK）的同事合作，成功设计并进行了新型高功率全固态电池的试验。有希望的结果。  大多数传统电池依赖于离子流过两个电极之间的液体电解质;移动电话中使用的锂离子电池将是这种类型电池的一个例子。然而，包含液体电解质的电池容易出现问题，包括低电荷保持率和难以在高温和低温下操作。以前的固体电解质设计已经显示出前景，但已证明是昂贵的，并且一些已经表现出电化学稳定性的问题。  加藤和他的团队合成了两种新的锂基“超离子”材料，这些材料基于同一团队先前发现的相同晶体结构。他们使用同步加速器X射线衍射仪，BL02B2，SPring-8和中子衍射仪iMATERIA（BL20）在J-PARC研究了这些晶体结构。超离子材料是固体晶体结构，离子可以通过该结构容易地“跳跃”，基本上保持离子流类似于在液体电解质内发生的离子流。他们展示了即使在室温下锂离子如何在其化合物结构中快速移动。  本项目开发 的新型超离子导体Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3的离子电导率（与具有Li10GeP2S12（LGPS）类似结构的材料一起）。新的Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3在室温下表现出25mS cm-1。该值是原始LGPS的两倍。 该团队开发的两种超离子材料均表现出极高的离子电导率和高稳定性。研究人员使用他们的两种新固体电解质来制造两种电池类型;一个高压电池和一个设计用于在大电流下工作的电池。与锂离子电池相比，两种全固态电池都表现出优异的性能，在-30至100℃的温度下运行良好。Kato的团队发现这些电池具有高功率密度，具有超快充电功能，并且比现有电池类型具有更长的使用寿命。  虽然该技术在商业上可用之前需要进一步开发，但这些有希望的结果表明，全固态电池可能很快为需要稳定，长寿命能量存储的应用提供急需的推动。 需要固体电解质 我们日常生活中使用的大多数电池和电容器都由液体电解质提供动力。例如，可再充电锂离子电池通过在使用期间保持离子从负电极到正电极的流动来工作，并且在充电期间离子流被反转。尽管锂离子电池可用于这些目的，但仍然需要具有更高功率和能量密度的新设备。由于通过直接串联堆叠电池单元可获得高能量密度，全固态电池是未来电池系统最有希望的候选者。然而，全固态电池的低功率特性，由于它们比传统的液体电解质具有更高的固体电解质电阻率，仍然没有得到解决。 寻找适合制造固体电解质的材料已经产生了一些原型。到目前为止，这些“超离子”材料，使离子能够快速，自由地通过其晶体结构移动，已经使用昂贵的元素锗开发 - 因此研究人员热衷于寻找可以为全固体提供基础的替代超离子导体。国家电池。  意义 开发了两种新型锂基超离子导体材料（结构：Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3和Li9.6P3S12由Yuki Kato和他的团队代表了可用固态电池创造的飞跃。与锂离子电池相比，基于新型固体电解质的两个电池在试验中表现非常好。细胞保持稳定并在-30至100℃的温度范围内一致地操作。它们表现出高能量和高功率密度，以及非常小的内阻水平。它们的特性可以使细胞堆叠在一起而不会产生干扰。 此外，细胞表现出超快速充电，长时间保持其充电，并且似乎具有长寿命和优异的循环能力（在超过500次循环后，细胞保持其初始放电容量的约75％）。  这些有希望的结果需要在商业化之前进一步调查。将高能电极添加到固态电池中可以进一步增强电池的功率。此外，在完全测试这些配置之前，需要处理技术以补充将允许电池堆叠的电池。加藤和他的团队希望他们的新材料将为未来的多种应用（包括长途电动车）的全固态电池铺平道路。 |
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