鋰電池發(fā)展獲新突破，使用壽命將增加一倍？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-30 10:20
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據(jù)外媒報道，當?shù)貢r間11月12日，賓夕法尼亞州立大學（PennState）在《NatureEnergy》雜志上發(fā)表的研究結(jié)果表明，更持久、充電速度更快以及更安全的鋰金屬電池是有可能實現(xiàn)的。該項研究由美國能源部（theU．SDepartmentofEnergy）提供資助，研究人員研發(fā)出一種三維交連聚合物海綿，可附著在電池陽極的金屬鍍層上。
賓夕法尼亞州立大學機械工程教授兼該項目首席研究員王東海表示：“該項目旨在研發(fā)下一代鋰金屬電池。在電池中試用鋰金屬已經(jīng)持續(xù)了幾十年，但是有些基本問題阻礙了鋰金屬電池的發(fā)展。”
在附加應(yīng)變下，如電動車輛需要采用快速充電法，鋰離子電池（Li）易受枝晶生長（針狀結(jié)構(gòu)）影響，從而縮短電池循環(huán)壽命，并可能引起火災(zāi)或爆炸等威脅安全的問題。王教授表示：“我們的方法是在鋰金屬界面上使用聚合物。該材料是一個多孔海綿，不僅可以讓鋰離子轉(zhuǎn)移，還能抑制鋰離子變質(zhì)，即使在低溫和快速充電的條件下，也可讓金屬鍍層不生長枝晶。”
該項研究可讓更強大、更穩(wěn)定的金屬電池技術(shù)成為日常生活中不可或缺的部分。王教授表示：“用于電動汽車中，該金屬電池可以增加其續(xù)航里程，其還可以為智能手機提供更長壽命的電池。”
未來，該研究小組將探索其在大型電池芯中的實際應(yīng)用，以驗證該技術(shù)的優(yōu)勢和可行性。王教授表示：“我們希望推動此類技術(shù)向前發(fā)展，通過該項研究，我們很肯定可以將鋰金屬電池的使用壽命延長一倍。”
據(jù)外媒報道，電池材料初創(chuàng)公司24M宣布，已研發(fā)出一個“雙電解質(zhì)”架構(gòu)，能夠顯著提升電動汽車的電池性能。改進鋰離子電池引發(fā)了類似于“打地鼠”（whack-a-mole）的效應(yīng)，提高了電池中的一種屬性（如能量密度），就可能會破壞另一種運行特性（如循環(huán)壽命）。
但是24M研發(fā)的雙電解質(zhì)可能可以改變此類情況，該架構(gòu)可讓不同的電解質(zhì)分別置于電池陰陽極兩側(cè)，如此一來，電池設(shè)計師就不必讓一種電解質(zhì)為兩側(cè)服務(wù)，從而使得24M可以獨立地優(yōu)化兩種電解質(zhì)。
長期來看，該技術(shù)可讓金屬鋰離子電池成為現(xiàn)實，金屬鋰離子電池中的每一塊電池芯所含的能量都遠遠超過目前市場上的電池。但是，此類電池設(shè)計的缺點是陽極一側(cè)易形成枝晶，從而限制電池的使用壽命。如今，24M公司可以選擇一種陽極電解液來減少枝晶的形成，同時選擇一種陰極電解液來處理更高的電壓。
據(jù)報道，固態(tài)電池等其他電池法距離實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化還需很多年的時間。但是，24M表示，能夠?qū)⑵潆p電解質(zhì)設(shè)計應(yīng)用于其專有的半固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)線中。近幾個月以來，該公司已經(jīng)打造了數(shù)十個電池單元，并跟蹤了電池性能的改善情況。盡管如此，仍還需要幾年的時間才能實現(xiàn)商業(yè)化。
電動汽車需要更高的能量密度才能驅(qū)動更長的續(xù)航里程。根據(jù)全球知名能源咨詢顧問公司伍德麥肯茲（WoodMackenzie）的電池數(shù)據(jù)，如今的電池每千克可提供180至240瓦時的能量。而24M的高管表示，雙電解質(zhì)架構(gòu)的電池每千克可提供350瓦時的能量。而且相信，結(jié)構(gòu)還能改善，將電池能量提升至每千克450或500瓦時，但是面臨的挑戰(zhàn)是如何確保該架構(gòu)在電池循環(huán)周期內(nèi)保持足夠的性能，以便發(fā)揮作用。
24M已經(jīng)與一位未披露名字的國際公司簽約，合作研發(fā)和制造專用分離器。如果該舉措成功，雙電解質(zhì)架構(gòu)可能會在其他需要能量密度的應(yīng)用中發(fā)揮作用，如個人電子產(chǎn)品和航空航天業(yè)。該項技術(shù)也不會局限于金屬鋰，此類化學物質(zhì)保證了最高的能量密度，但是設(shè)計師可以使用雙電解質(zhì)來定制電池的其他屬性，如充電速度。
賓夕法尼亞州立大學機械工程教授兼該項目首席研究員王東海表示：“該項目旨在研發(fā)下一代鋰金屬電池。在電池中試用鋰金屬已經(jīng)持續(xù)了幾十年，但是有些基本問題阻礙了鋰金屬電池的發(fā)展。”
在附加應(yīng)變下，如電動車輛需要采用快速充電法，鋰離子電池（Li）易受枝晶生長（針狀結(jié)構(gòu)）影響，從而縮短電池循環(huán)壽命，并可能引起火災(zāi)或爆炸等威脅安全的問題。王教授表示：“我們的方法是在鋰金屬界面上使用聚合物。該材料是一個多孔海綿，不僅可以讓鋰離子轉(zhuǎn)移，還能抑制鋰離子變質(zhì)，即使在低溫和快速充電的條件下，也可讓金屬鍍層不生長枝晶。”
該項研究可讓更強大、更穩(wěn)定的金屬電池技術(shù)成為日常生活中不可或缺的部分。王教授表示：“用于電動汽車中，該金屬電池可以增加其續(xù)航里程，其還可以為智能手機提供更長壽命的電池。”
未來，該研究小組將探索其在大型電池芯中的實際應(yīng)用，以驗證該技術(shù)的優(yōu)勢和可行性。王教授表示：“我們希望推動此類技術(shù)向前發(fā)展，通過該項研究，我們很肯定可以將鋰金屬電池的使用壽命延長一倍。”
據(jù)外媒報道，電池材料初創(chuàng)公司24M宣布，已研發(fā)出一個“雙電解質(zhì)”架構(gòu)，能夠顯著提升電動汽車的電池性能。改進鋰離子電池引發(fā)了類似于“打地鼠”（whack-a-mole）的效應(yīng)，提高了電池中的一種屬性（如能量密度），就可能會破壞另一種運行特性（如循環(huán)壽命）。
但是24M研發(fā)的雙電解質(zhì)可能可以改變此類情況，該架構(gòu)可讓不同的電解質(zhì)分別置于電池陰陽極兩側(cè)，如此一來，電池設(shè)計師就不必讓一種電解質(zhì)為兩側(cè)服務(wù)，從而使得24M可以獨立地優(yōu)化兩種電解質(zhì)。
長期來看，該技術(shù)可讓金屬鋰離子電池成為現(xiàn)實，金屬鋰離子電池中的每一塊電池芯所含的能量都遠遠超過目前市場上的電池。但是，此類電池設(shè)計的缺點是陽極一側(cè)易形成枝晶，從而限制電池的使用壽命。如今，24M公司可以選擇一種陽極電解液來減少枝晶的形成，同時選擇一種陰極電解液來處理更高的電壓。
據(jù)報道，固態(tài)電池等其他電池法距離實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化還需很多年的時間。但是，24M表示，能夠?qū)⑵潆p電解質(zhì)設(shè)計應(yīng)用于其專有的半固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)線中。近幾個月以來，該公司已經(jīng)打造了數(shù)十個電池單元，并跟蹤了電池性能的改善情況。盡管如此，仍還需要幾年的時間才能實現(xiàn)商業(yè)化。
電動汽車需要更高的能量密度才能驅(qū)動更長的續(xù)航里程。根據(jù)全球知名能源咨詢顧問公司伍德麥肯茲（WoodMackenzie）的電池數(shù)據(jù)，如今的電池每千克可提供180至240瓦時的能量。而24M的高管表示，雙電解質(zhì)架構(gòu)的電池每千克可提供350瓦時的能量。而且相信，結(jié)構(gòu)還能改善，將電池能量提升至每千克450或500瓦時，但是面臨的挑戰(zhàn)是如何確保該架構(gòu)在電池循環(huán)周期內(nèi)保持足夠的性能，以便發(fā)揮作用。
24M已經(jīng)與一位未披露名字的國際公司簽約，合作研發(fā)和制造專用分離器。如果該舉措成功，雙電解質(zhì)架構(gòu)可能會在其他需要能量密度的應(yīng)用中發(fā)揮作用，如個人電子產(chǎn)品和航空航天業(yè)。該項技術(shù)也不會局限于金屬鋰，此類化學物質(zhì)保證了最高的能量密度，但是設(shè)計師可以使用雙電解質(zhì)來定制電池的其他屬性，如充電速度。
