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2021年07月30日 | USTC设计出全新固态电解质材料 可降低全固态锂电池成本

2021-07-30 来源:盖世汽车

据外媒报道,中国科学院(CAS)中国科学技术大学(USTC)的研究人员设计出一种全新固态电解质材料Li2ZrCl6(LZC),可使全固态锂(Li)电池成本更低但更有效。


固态电解质对于实现安全、高能量的全固态锂电池非常重要。在不同类型的固态电解质中,近期发现的氯化物固态电解质同时具备硫化物的高离子电导率、可变形性,以及氧化物对高电压正极材料的稳定性,展示出相当独特的优势。但是由于原材料成本过高及对湿度的稳定性差,此类材料暂不具备大规模商业化的可能性。研究团队中马骋教授设计并合成了Li2ZrCl6材料(LZC),不仅保留了氯化物固态电解质的所有优点,还表现出较低的材料成本和出色的耐湿性。


前瞻技术,USTC,固态电解质材料Li2ZrCl6(LZC),全固态锂电池

(图片来源:期刊Nature Communications)


这种材料在50微米厚度时的原材料成本仅为1.38美元/平方米,远低于文献中最便宜的氯化物系统(23.05美元/平方米),且远低于确保成本竞争力的10美元/平方米阈值。此外,LZC在湿度高达5%时仍保持稳定,因此不再需要像硫化物固态电解质那样在合成和储存过程中对环境具有严格要求。更重要的是,马教授称上述大规模生产的优势“已可在不牺牲氯化物固态电解质特性的情况下实现”。


LZC的离子电导率高达0.81 mS cm-1,且具有出色的可变形性以及可兼容4V级阴极。Li2ZrCl6和高能量密度的单晶高镍三元正极LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(即NMC811)组成的全固态电池,在200 mA g–1的大电流密度下循环200圈之后容量仍高达150 mAh g-1,并且在整个长循环过程中容量几乎无衰减,可与同类最好的固态电池媲美。


马教授称:“全固态锂电池在实现‘二氧化碳排放峰值’和‘碳中和’的目标方面发挥着重要作用。Li2ZrCl6的成本效益和高性能可使此类电池实现商业化。”未来,该团队将尝试使用其他4+阳离子(表示为M)来合成Li2MCl6固态电解质,并努力制造出更好、更具成本效益的全固态电池。


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关于电蚊拍的基本电路,网友可能提出的问题及回答如下:

问题一:电蚊拍的基本电路由哪些部分组成?

回答:电蚊拍的基本电路主要由三个核心部分组成:阻容降压电路(或称为高频振荡电路)、倍压整流电路以及高压电击网。

  1. 阻容降压电路(高频振荡电路):这部分电路主要负责将直流电源(如电池提供的3V直流电)转换为高频交流电,通常频率在18kHz左右。这一转换过程由三极管和变压器等元件共同完成,通过变压器的升压作用,将电压提升到数百伏。

  2. 倍压整流电路:高频交流电经过升压后,进入倍压整流电路。这个电路通过多个二极管和电容的组合,将电压进一步升高到足以电击蚊虫的水平,通常可达到1500V左右。常见的倍压整流电路有三倍压、四倍压等多种连接方式。

  3. 高压电击网:高压电击网是电蚊拍的输出部分,由细密的金属网格构成。当蚊虫接触到金属网格时,会形成电路通路,导致蚊虫被高压电击死。

问题二:为什么电蚊拍使用一段时间后,电击效果会变差?

回答:电蚊拍使用一段时间后电击效果变差的原因可能包括以下几点:

  1. 电容老化:电蚊拍中的倍压电容(如CBB电容)在频繁充放电过程中会逐渐老化,其容量会逐渐下降,导致储能能力降低,从而影响电击效果。

  2. 元件损坏:电蚊拍中的二极管、三极管等元件在长时间使用后可能出现损坏或性能下降,导致电路无法正常工作或电压无法升到足够高的水平。

  3. 电池电量不足:电池是电蚊拍的能量来源,如果电池电量不足,将直接影响电蚊拍的电击效果。

  4. 金属网格污染或变形:金属网格在使用过程中可能会受到污染或变形,导致接触不良或短路,从而影响电击效果。

问题三:如何判断电蚊拍是否需要维修?

回答:可以通过以下几种方法来判断电蚊拍是否需要维修:

  1. 观察指示灯:如果电蚊拍的指示灯不亮或亮度明显降低,可能是电池电量不足或电路存在故障。

  2. 检查电击效果:如果电蚊拍在使用时电击效果变差或无法电击蚊虫,可能是电路中的元件损坏或老化。

  3. 测量电压:使用万用表等工具测量电蚊拍输出端的电压,如果电压明显低于正常值(如1500V左右),则说明电路存在问题。

  4. 检查金属网格:观察金属网格是否干净、平整、无变形或短路现象。

问题四:如何维修电蚊拍?

回答:维修电蚊拍需要一定的电子知识和技能,以下是一些基本的维修步骤:

  1. 检查电池:首先检查电池是否电量充足且接触良好。如果电池电量不足,应及时更换新电池。

  2. 清洁金属网格:使用软布或棉签等工具清洁金属网格上的污垢和灰尘。

  3. 检查并更换元件:如果确定是电路中的元件损坏导致的问题,应使用万用表等工具检测并更换损坏的元件。常见的损坏元件包括二极管、三极管、电容等。

  4. 调整电路:在更换元件后,可能需要调整电路中的某些参数(如电阻值、电容容量等)以确保电路能够正常工作。

  5. 测试电击效果:在维修完成后,应使用万用表等工具测试电蚊拍的电击效果是否恢复正常。

请注意,由于电蚊拍内部涉及高压电路,因此在维修过程中应确保安全操作,避免触电等危险情况的发生。如果不具备相关知识和技能,建议将电蚊拍送至专业维修机构进行维修。

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