材料學(xué)院伍暉副教授課題組在熔融鋰金屬電池研究方面取得新進(jìn)展
清華新聞網(wǎng)7月9日電 7月2日，清華大學(xué)材料學(xué)院伍暉副教授課題組與斯坦福大學(xué)合作，在《自然能源》（Nature Energy）上發(fā)表了題為《一種用于電網(wǎng)儲(chǔ)能的中溫石榴石固態(tài)電解質(zhì)基熔融鋰電池》（An intermediate temperature garnet-type solid electrolyte-based molten lithium battery for grid energy storage）的研究論文。該論文提出了一種面向大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用的全電池系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了以熔融鋰金屬為負(fù)極，錫鉛合金和鉍鉛合金為正極， Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12(LLZTO)陶瓷管為電解質(zhì)的液態(tài)金屬電極（LME）電池。通過(guò)將固態(tài)電解質(zhì)引入LME電池，有效降低了LME電池的運(yùn)行溫度，顯著提高了電池的庫(kù)倫效率和循環(huán)壽命。
隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用與智能電網(wǎng)的發(fā)展，大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究得到了越來(lái)越多的關(guān)注?？沙潆婋姵鼐哂心芰啃矢?，成本可控，不受地形空間限制等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域具有較大的潛力。儲(chǔ)能電池需要滿(mǎn)足高功率、高安全性、長(zhǎng)壽命和低成本等要求，新一代儲(chǔ)能電池的開(kāi)發(fā)，一直是電池研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。LME電池是大規(guī)模儲(chǔ)能電池的候選方案，在這一類(lèi)電池體系中，如何降低電池的工作溫度、減少電池的成本、提高電池的可靠性和安全性，是LME電池發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。
為解決上述問(wèn)題，伍暉副教授課題組與美國(guó)斯坦福大學(xué)崔屹教授課題組合作，將固態(tài)電解質(zhì)引入LME電池（如圖），取代傳統(tǒng)的熔融鹽電解質(zhì)（通常需要300℃以上的運(yùn)行溫度），將LME電池的運(yùn)行溫度降低至240℃。LLZTO固態(tài)電解質(zhì)在240℃工作時(shí)具有遠(yuǎn)高于室溫條件下的離子電導(dǎo)率，可以實(shí)現(xiàn)在大電流密度下的充放電，且可以有效抑制電池自放電和副反應(yīng)，提升電池的庫(kù)倫效率。這種新型電池系統(tǒng)未來(lái)有望在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中得以應(yīng)用。
基于固態(tài)電解質(zhì)的熔融鋰電池的示意圖
近年來(lái)，伍暉副教授研究團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于功能材料的制備及其在能源存儲(chǔ)、柔性電子和環(huán)境等領(lǐng)域的研究與開(kāi)發(fā)，在相關(guān)領(lǐng)域取得了多項(xiàng)重要成果。相關(guān)工作發(fā)表在《自然能源》（Nature Energy）、《自然通訊》（Nature Communications）、《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）等期刊上。
清華大學(xué)材料學(xué)院伍暉副教授和美國(guó)斯坦福大學(xué)崔屹教授為本文的通訊作者。清華大學(xué)材料學(xué)院訪(fǎng)問(wèn)學(xué)生金陽(yáng)和材料學(xué)院2013級(jí)博士生劉凱為本文的共同第一作者。本研究得到了科技部青年973計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-018-0198-9
供稿：材料學(xué)院 編輯：徐靜 審核：襄楠
