閉合硼酸鹽或成固態(tài)鋰電池電解質(zhì)材料

據(jù)外媒報道，勞倫斯利福摩爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL)的科學家Brandon Wood與(美國)國家標準技術(shù)局(National Institute of Standards and Technology，NIST)的科學家Mirjana Dimitrievska負責牽頭一項國際性研發(fā)合作，其研究團隊發(fā)現(xiàn)在鋰電池電解液中，若采用硼原子(boron atom)代替碳原子(carbon atom)，提升了鋰離子的流動性。對于固態(tài)電池而言，該特點頗具吸引力。

這就是所謂“阻挫(frustration)”的一個示例：系統(tǒng)動態(tài)性決定了鋰離子永遠不會滿足于停留于原位，所以鋰離子會一直呈現(xiàn)移動狀態(tài)。

相較于當下的電池，固態(tài)鋰離子電池可提升安全性、電壓及能量密度。然而，固態(tài)電池仍處于研發(fā)的初級階段，截止至目前，鮮有能實現(xiàn)商用的固態(tài)鋰電池。

固態(tài)電池商業(yè)化的核心障礙之一在于：可供選擇的固態(tài)電解質(zhì)材料太少，該類材料旨在確保鋰離子能在正負極之間有效移動。

然而，可用的材料存在多種問題，一部分材料的穩(wěn)定性存在問題，另一部分則難以加工，至于剩下的備選材料，大部分是因為鋰離子的移動速率過緩而遭淘汰，這意味著在制作時，務(wù)必確保該材料十分纖薄。

新研究主要致力于新材料——閉合硼酸鹽(closo-borates)，最近發(fā)現(xiàn)該材料的鋰離子流動率較快。據(jù)Wood透露，該款材料的電化學性能穩(wěn)定，更易加工。相較于其他材料，其優(yōu)點較多。

盡管該款材料也存在一定的商業(yè)化障礙，但熱穩(wěn)定性、機械強度及循環(huán)特性(cyclability)較高，這恰恰是該研究團隊眼下關(guān)注的焦點。該款新材料頗具吸引力，未來或許會被用于替代當下的固態(tài)電解質(zhì)材料。

該款電解質(zhì)材料是一款鹽類物質(zhì)，其含有帶正電荷的無水氯化鋰(lithium cations)和帶負電荷的閉合硼酸陰離子。該研究表明，閉合硼酸陰離子可快速地完成其位置的重新調(diào)整(reorient)，在固態(tài)基質(zhì)(solid matrix)內(nèi)徘徊，按特定的優(yōu)先定向(preferred direction)進行交替位移。

若向閉合硼酸陰離子添加碳，就會生成所謂的偶極子(dipole)，后者將排斥附近碳原子內(nèi)的鋰離子。隨著陰離子的疾馳(spin)，碳原子將面向不同的位置，每次都將迫使固態(tài)基質(zhì)內(nèi)的鋰離子移動到附近區(qū)域。由于該類鹽內(nèi)均為疾馳的陰離子，從而導致鋰離子的流動速度變得非?？?。