走向固态Li金属空气电池;SOFC对固体3D架构,异质接口和氧气交换动力学的观点
Eric D Wachsman1, George V Alexander1, Roxanna Moores1
1Maryland Energy Innovation Institute and Department of Materials Science and Engineering, University of Maryland, College Park, MD, 20742, USA. ewach@umd.edu.
Faraday discussions
|September 27, 2023
概括
开发先进的固态金属电池对于电力运输至关重要. 这项研究探索了一种新的3D架构,使用陶电解质来实现更高的能量密度和更低成本的电池.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 交通运输的电气化需要具有3-5倍更高能量密度和更低成本的电池.
- -金属-氧 (Li-O2) 或-金属-空气 (Li-air) 电池的理论能量密度超过1000瓦时千克-1,使航空运输电气化成为可能.
- 在Li-metal-O2/Li-air电池中的液体电解质面临电解质和阳极氧化等挑战,阻碍了性能.
研究的目的:
- 描述一种开发金属空气电池的新途径.
- 引入使用立方石榴石Li7La3Zr2O12 (LLZ) 固态陶电解质的3D架构.
- 为了在这个3D架构中呈现使用混合离子和电子导电 (MIEC) LLZ的-金属-O2电池的初始循环结果.
主要方法:
- 采用固态陶电解质的3D电池架构的制造.
- 使用立方石榴石Li7La3Zr2O12 (LLZ) 材料作为固体电解质.
- 采用混合离子和电子导电 (MIEC) 的LLZ用于有孔的3D结构中的氧气/空气阴极.
主要成果:
- 在开发的3D架构中,展示了-金属-O2电池的初始循环性能.
- 成功地将立方石榴 LLZ 固态电解质集成到 3D 电池设计中.
- 对于阴极,具有多孔MIEC结构的3D架构与固体氧化物燃料电池 (SOFC) 设计有相似之处.
结论:
- 开发的3D架构为固态-金属-O2/空气电池提供了一个有前途的路线.
- 利用固体氧化物燃料电池 (SOFC) 技术是推进固态-金属-O2/空气电池的关键.
- 这种方法解决了高能量密度的金属电池中液态电解质的关键局限性.
