学术动态丨我校在锂离子固态电解质材料研究领域取得重要进展

发布时间:2019-01-28浏览次数:320作者:六院科研办来源:材料科学与技术学院供图:张腾飞责任编辑:王伟审核:张校刚

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编者按:学术水平是体现一所大学综合实力的重要指标。我校积极聚焦国家重大战略,对接国家及地方经济社会发展需求,大力推进科研体制改革与创新,在高水平论文、重大科研项目等方面不断取得重要成果与突破。新闻网开设“学术动态”栏目,为师生及时展现学校最新学术动态与科研成果。


近日,我校材料科学与技术学院、江苏省高效电化学储能技术重点实验室张腾飞副研究员与上海大学、日本广岛大学、北海道大学的研究人员合作,首次提出利用气体吸放反应来提高物质离子电导率的新概念,通过不同温度下的“固-气”反应动态平衡控制材料晶体结构变化,进而在宏观条件下控制物质的离子电导率。相关研究成果以我校为第一单位,“Ammonia, a Switch for Controlling High Ionic Conductivity in Lithium Borohydride Ammoniates”(全文链接:https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(18)30176-4)首次发表在CellPress旗下的能源材料类顶级综合期刊《Joule》(Cell姊妹刊)上。


电解质材料是锂离子电池的灵魂,锂离子电池技术的革新离不开电解质材料的创新。与目前的液态电解质相比,固态电解质更安全稳定,能量密度更高,应用前景更广泛。然而,由于其在室温下的低离子电导率,固态电解质的大规模应用依然受到限制。因此,如何提高固态电解质在室温下的电导率,对于全固态锂离子电池的应用具有广泛前景和重要意义。

基于以上背景,该研究创新性的提出利用气体吸放反应来提高固态离子电导率的新概念,跳出传统的元素掺杂方法,通过引入气体分子(氨气)到LiBH4中,调节不同温度下的“固-气”反应动态平衡,进而控制氨化物微观晶体结构变化,达到在宏观条件下控制物质的锂离子电导率(如下图所示)。实验结果表明,Li(NH3)nBH4(0<n≤2)在室温附近表现出较高的离子电导率,在40度时的锂离子电导率达到10-3 S/cm级别,媲美传统的液态电解质。化学类顶级综合期刊《Chem》(IF:14.1)对该工作进行了引用和跟踪报道“High Li-Ion Conductivity in a Hydride-type Solid-State Electrolyte: The Ammonia Effect”(Chem, 4, 1770-1772, 2018),认为该工作为全固态锂离子电池的研究和应用提供了新颖的解决思路。


锂系硼氢氨化物等材料不仅是一种重要的储氨或储氢材料,而且还可以作为下一代全固态锂离子电池中优异的电解质,后续研究也将继续拓展这类材料在航空航天领域的实际应用。该研究得到国家自然科学基金和上海市科委资助。