中國粉體網(wǎng)訊 近年來，專家們一直將固態(tài)電池視為動力電池未來的發(fā)展方向。一方面，這種電池采用的是固態(tài)電解質(zhì)，而不是易燃液體電解質(zhì)，比目前的鋰離子電池更加安全。另一方面，固態(tài)電池用鋰金屬負極取代石墨負極，所以壽命更長，重量更輕，可以達到數(shù)倍的能量密度。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院梳理，目前全球范圍內(nèi)約有50多家制造企業(yè)、初創(chuàng)公司和高校科研院所致力于固態(tài)電池技術(shù)。
固態(tài)電池技術(shù)的挑戰(zhàn)
固態(tài)電池的核心材料是固態(tài)電解質(zhì)，按照電解質(zhì)材料的選擇，固態(tài)電池可以分為聚合物、氧化物、硫化物三種體系電解質(zhì)；而按照正負極材料的不同，固態(tài)電池還可以分為固態(tài)鋰離子電池、固態(tài)鋰金屬電池（以金屬鋰為負極）。
而固態(tài)電池采用的預(yù)鋰化硅碳負極或遠景金屬鋰負極、高鎳正極、固態(tài)電解質(zhì)等新科技材料生產(chǎn)成本遠高于目前對應(yīng)的材料，降本之路極其艱巨漫長。此外，固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電率僅為電解液十分之一，快充效率不佳，嚴重影響實際應(yīng)用。
目前被廣泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)都無法同時滿足高離子電導(dǎo)率、良好的可變形性以及足夠低廉的成本這 3 個條件。因此，固態(tài)電解質(zhì)難以兼顧性能和成本，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化面臨巨大阻礙。
鋯材料加持解決固態(tài)電池痛點
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授開發(fā)出一種新型固態(tài)電解質(zhì)，其綜合性能與目前最先進的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近，但成本不到后者的4%，適合進行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
研究中，馬騁教授把目光轉(zhuǎn)向氧氯化物，設(shè)計并合成了一種新型固態(tài)電解質(zhì)一一氧氯化鋯鋰。這種材料的成本遠低于目前最具成本優(yōu)勢的固態(tài)電解質(zhì)氯化鋯鋰，并且不到硫化物和稀土基、銦基氯化物固態(tài)電解質(zhì)成本的4%。
同時，氧氯化鋯鋰的綜合性能與目前最先進的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng)。實驗證明由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)鉀電池在12分鐘快速充電后，仍然成功地在室溫條件下穩(wěn)定循環(huán)2000圈以上。
鋯及其氧化物在結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷方面應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用在機械、電子、能源等領(lǐng)域。其中，氧氯化鋯在鎳氫動力電池負極材料和燃料電池中有廣闊應(yīng)用前景。以ZrMn2為代表的AB2型儲氫合金具有儲氫容量高，循環(huán)壽命長等優(yōu)點，是目前高容量新型儲氫電極合金的研究開發(fā)熱點。絕大多數(shù)固體氧化物燃料電池均以6%-10%三氧化二釔摻雜的氧化鋯為固體電解質(zhì)。
此外，三祥新材在互動平臺上表示，其已積極關(guān)注并持續(xù)跟進（氧）氯化物及氧化物固態(tài)電池的研究進展，已組建研發(fā)團隊在鋯基固態(tài)電池電解質(zhì)及原材料領(lǐng)域開展研究和技術(shù)攻關(guān)，并已向部分客戶、科研團隊送樣。
目前，由氧氯化鋯為原料生產(chǎn)的鋯系列產(chǎn)品被列為21世紀最具有前途的高新材料之一，研究應(yīng)用也將日益拓寬。
來源：界面新聞、科技日報、
陳丹云等：氧氯化鋯應(yīng)用研究進展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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