材料學(xué)院伍暉副教授課題組在熔融鋰金屬電池研究方面取得新進展
????????7月2日，清華大學(xué)材料學(xué)院伍暉副教授課題組與斯坦福大學(xué)合作，在《自然能源》（Nature Energy）上發(fā)表了題為《一種用于電網(wǎng)儲能的中溫石榴石固態(tài)電解質(zhì)基熔融鋰電池》（An intermediate temperature garnet-type solid electrolyte-based molten lithium battery for grid energy storage）的研究論文。該論文提出了一種面向大規(guī)模儲能應(yīng)用的全電池系統(tǒng)，設(shè)計并驗證了以熔融鋰金屬為負(fù)極，錫鉛合金和鉍鉛合金為正極， Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12(LLZTO)陶瓷管為電解質(zhì)的液態(tài)金屬電極（LME）電池。通過將固態(tài)電解質(zhì)引入LME電池，有效降低了LME電池的運行溫度，顯著提高了電池的庫倫效率和循環(huán)壽命。
????????隨著風(fēng)能、太陽能等間歇性可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用與智能電網(wǎng)的發(fā)展，大規(guī)模儲能系統(tǒng)的研究得到了越來越多的關(guān)注?？沙潆婋姵鼐哂心芰啃矢?，成本可控，不受地形空間限制等優(yōu)點，應(yīng)用于儲能領(lǐng)域具有較大的潛力。儲能電池需要滿足高功率、高安全性、長壽命和低成本等要求，新一代儲能電池的開發(fā)，一直是電池研究領(lǐng)域的熱點。LME電池是大規(guī)模儲能電池的候選方案，在這一類電池體系中，如何降低電池的工作溫度、減少電池的成本、提高電池的可靠性和安全性，是LME電池發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。
????????為解決上述問題，伍暉副教授課題組與美國斯坦福大學(xué)崔屹教授課題組合作，將固態(tài)電解質(zhì)引入LME電池（如圖），取代傳統(tǒng)的熔融鹽電解質(zhì)（通常需要300℃以上的運行溫度），將LME電池的運行溫度降低至240℃。LLZTO固態(tài)電解質(zhì)在240℃工作時具有遠(yuǎn)高于室溫條件下的離子電導(dǎo)率，可以實現(xiàn)在大電流密度下的充放電，且可以有效抑制電池自放電和副反應(yīng)，提升電池的庫倫效率。這種新型電池系統(tǒng)未來有望在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中得以應(yīng)用。
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基于固態(tài)電解質(zhì)的熔融鋰電池的示意圖
????????近年來，伍暉副教授研究團隊專注于功能材料的制備及其在能源存儲、柔性電子和環(huán)境等領(lǐng)域的研究與開發(fā)，在相關(guān)領(lǐng)域取得了多項重要成果。相關(guān)工作發(fā)表在《自然能源》（Nature Energy）、《自然通訊》（Nature Communications）、《科學(xué)進展》（Science Advances）等期刊上。
????????清華大學(xué)材料學(xué)院伍暉副教授和美國斯坦福大學(xué)崔屹教授為本文的通訊作者。清華大學(xué)材料學(xué)院訪問學(xué)生金陽和材料學(xué)院2013級博士生劉凱為本文的共同第一作者。本研究得到了科技部青年973計劃、國家自然科學(xué)基金委項目的資助。
????????論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-018-0198-9
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