马里兰大学胡良兵

guiruyou

用于固态电池的3D打印电解质

固态电池在安全性和稳定性方面具有十分明显的优点，但是这些电池所采用的固体电解质通常导致电池的高电阻。诸如石榴石型Li7La3Zr2O12（LLZ）之类的固态锂导体由于这些材料具有非常良好的电化学性能已经引起了其作为用于固态锂电池的电解质的广泛关注。它们通常是安全的不可燃材料，不同于传统锂离子电池电解质中使用的挥发性碳酸酯溶剂和活性锂盐，这些电解质已知是这些电池可能着火的主要原因。由于锂枝晶的存在，在具有液体电解质的常规锂电子电池中，锂枝晶会刺穿隔膜导致短路，而在固态电解质中，不存在此问题。然而，固体电解质商业化的主要障碍是电池阻抗过大，这是由于固态电解质自身高的阻抗和电极-电解质接触不良引起的界面阻抗两方面的贡献。液体电解质可以润湿电极表面，但固体电解质不能，这极大地限制了电极和电解质之间的接触面。所以设计新的电解质-电极结构对于固态电解质的开发是至关重要的。

近日，美国马里兰大学的胡良兵教授和Eric D.Wachsman教授通过3D打印技术制造了Li7La3Zr2O12固态电解质。研究人员使用独特的石榴石油墨，印刷和烧结了可能结构的样本，揭示了薄且非平面的仅由LLZ固体电解质组成的复杂结构。3D印刷对称的Li|LLZ|Li电池的面积比电阻在电化学循环测试中很低，使用3D打印技术进一步研究和优化电解质的结构可以使得固态电池的全单元面积比电阻显着降低，同时使得电池的能量密度和功率密度更高。在这项工作中，可以使用更多的设计和结构。 所报道的墨水配方可以很容易地修改为与其他固体电解质或陶瓷材料一起使用，可以扩展到其他相关领域中去。相关研究成果“3D-Printing Electrolytes for Solid-State Batteries”为题发表在Advanced Materials上（第一作者Dennis W. McOwen博士，徐劭懋博士）。