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固态电解质和液态锂金属负极的完美结合
2018-07-03
来源：转载自第三方
2018-7-3
昨天，来自清华大学的伍晖课题组和斯坦福大学崔屹课题组合作，在国际期刊Nature Energy上发表了研究成果“An intermediate temperature garnet-type solid electrolyte-based molten lithium battery for grid energy storage”，展示了新研发的基于固态电解质的液态锂金属电池，其工作温度可以低达240℃左右，比现有智能电网储能设备的工作温度降低了200℃！
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太阳能、风能等清洁电力近年来发展迅猛，但稳定性仍需提高。而且目前全球电力资源分配十分不平衡，若想摆脱化石燃料，必须在现有的电力系统中加入关键的储能环节，让电力在空间和时间上得到更合理的再分配，并同时满足高容量、高安全性、低成本等特点。但现有智能电网电池体系亟待突破储能成本和寿命等难题，才能满足电力储能的应用需求。液态锂金属电池体系储能成本低、寿命长，在中小型分布式储能领域具有广阔应用前景，但是其一般存在以下两大问题：1）由于锂金属熔点较高，导致电池工作温度一般在450℃以上，运营成本高；2）熔融盐中锂的溶解会导致自放电和较低的库伦效率。
为解决这些问题，研究人员以熔融锂金属为负极，熔融Sn-Pb或Bi-Pb合金为正极，石榴石型Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO)固态电解质陶瓷管，组装了两种模型电池系统：Li||LLZTO||Sn–Pb和Li||LLZTO||Bi–Pb。电解质以管状形式将熔融锂金属包裹在内，起到锂离子传导作用，同时隔离液态金属电极，同时，电池体系中形成液-固界面，而不是液-液界面，极大地降低了界面阻抗。
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研究表明，组装的Li||LLZTO||Sn-Pb和Li||LLZTO||Bi-Pb电池在电流密度为50~100 mAcm−2，240℃下，可以稳定循环约一个月，而且表现出了优异的功率容量和库伦效率。兼具高容量、高安全性和低成本的固态电解质液态锂金属电池，为大规模储能系统的进一步发展带来了新的启发。
参考文献
[1] Yang Jin, Kai Liu, Hui Wu, Yi Cui, et al. An intermediate temperature garnet-typesolid electrolyte-based molten lithium battery for grid energy storage. NatureEnergy 2018. https://www.nature.com/articles/s41560-018-0198-9.
本文由苏州亚科科技股份有限公司编辑
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