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探秘固态电池未来三大技术路线的魅力与挑战

导语:聚合物全固态电池的主要优势在于其易于加工和大容量生产,机械性能柔软,与现有锂电池工艺相近,易于通过设备改造实现规模化生产。这些特点使得它成为将现有技术转变为商业应用的最直接途径。

按技术路线分类,固态电池主要分为三类:聚合物全固态电池、氧化物全固态电池和硫化物全固状态电池。研究历史上,这些材料的发展时间各不相同,其中聚合物全固态电池自1973年起便开始探索,而氧化物则更早,在1953年就已有人进行了初步研究;至1981年,硫化物才被引入到这一领域。

聚合粉质料全固体能量储存器具备多方面的优点,它们能够轻松地制成较大的能源单元,并且拥有与目前使用的液体溶剂具有类似的性能。此外,由于它们与传统锂离子技术相似,因此可以利用现有的制造设备经过适当修改来提升产量。不过,这种类型的充放电系统也面临着挑战,如必须在60度以上才能提高离子传输速率,使之接近10^-3 S/CM。这意味着需要维持高温环境。此外,由于是基于有机材料,其化学性质并不如无机材料强劲,而且对磷酸铁锂兼容性良好,但与三元混合型材不兼容,从而限制了能量密度提升潜力。

氧化盐基完全固态储能装置以其耐高压、高导率等优点而受到关注,其中某些代表性的氧化盐(如LAGP、LATP)表现出了出色的离子传输能力,可达10^-5-3 S/CM水平。但是,与液体溶剂相比,它们仍然存在不足之处。

尽管如此,该类型储能装置同样存在缺陷,如由坚硬材料构成可能导致断裂问题,以及与正极活性材料之间的界面不稳定所导致的问题。因此,大容量单元难以制作,因为现在只能结合使用液体或其他非晶质介质,以降低中间层含水量并实现可靠操作。

最后,不可忽视的是硫元素作为一种原料,其独特特征包括良好的接触性和柔软粒子结构,有助于形成稳定的界面联系,是所有完全实用状态储能方案中唯一能够超越液体介质效率水平的一种可能性,也是未来发展中的关键方向之一。然而,由此产生的一个挑战就是产品成本非常昂贵,并且空气稳定性差,对处理过程中的反应敏感,因此在实际应用中遇到了许多困难,如处理、运输以及组装等环节都十分棘手,为广泛应用带来了阻碍。

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