德國于利希研究中心的科學(xué)家們設(shè)計(jì)出一種新型固態(tài)電池，只需不到1個(gè)小時(shí)就可以再次充滿電。

背景

鋰離子電池，已廣泛應(yīng)用于各種智能硬件與移動(dòng)電子產(chǎn)品，例如智能手機(jī)，智能手表、平板電腦、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等。然而，鋰離子電池一般采用的都是可燃性的液體電解質(zhì)。在高溫條件下，這些電解液可能會(huì)引起燃燒，甚至發(fā)生爆炸，存在安全隱患。

為了解決鋰離子電池的安全隱患，除了改善鋰離子電池的自身設(shè)計(jì)（例如加入保護(hù)電路）之外，尋找替代品也是科學(xué)家們一直在研究的方法。固態(tài)電池成為了傳統(tǒng)鋰電池的一種候選的替代品，它的所有電極和電解質(zhì)都由固態(tài)物質(zhì)制成，即使被加熱到非常高的溫度，也不會(huì)著火。

但是，傳統(tǒng)的鋰離子電池采用的是液體電解質(zhì)，它通常與電極接觸得非常好。通過它們粗糙的表面，電極就像海綿一樣吸收液體，制造出較大的接觸面積。可是，兩種固體原則上無法無空隙地結(jié)合在一起。電極與電解質(zhì)之間的接觸電阻會(huì)相應(yīng)地增高。因此，在固態(tài)電池的開發(fā)中，低電流被認(rèn)為是最大的障礙之一。這也是為什么固態(tài)電池充電需要花費(fèi)相對較長的時(shí)間，它一般充滿電需要10到12個(gè)小時(shí)。

創(chuàng)新

德國于利希研究中心能源與氣候研究所（IEK-9）的研究小組領(lǐng)頭人HermannTempel博士解釋道：“通過目前描述的設(shè)計(jì)理念，由于內(nèi)部固態(tài)接口的問題，充放電電流只能非常小。這就是我們的設(shè)計(jì)理念起作用的地方，這個(gè)想法基于材料的有益組合。”

近日，德國于利希研究中心的科學(xué)家們設(shè)計(jì)出一種新型固態(tài)電池，只需不到1個(gè)小時(shí)就可以再次充滿電。

技術(shù)

HermannTempel解釋道：“為了允許最大可能的電流通過層的邊界，我們采用非常相似的材料來制造所有的元件。陽極、陰極與電解質(zhì)都通過不同的磷酸化合物制成，使得充電率高于3C（質(zhì)量比容量為50mAh/g）。這比文獻(xiàn)中找到的其他沖充電率值要高10倍。”

固態(tài)電解質(zhì)作為穩(wěn)定的載體材料使用，磷酸鹽電極通過網(wǎng)印工藝應(yīng)用到電解質(zhì)的兩側(cè)。這項(xiàng)研究使用的材料價(jià)格合理，且相對易于加工。不同于傳統(tǒng)的鋰離子電池，新型固態(tài)電池幾乎不含有毒或有害物質(zhì)。

Yu開發(fā)并測試了這種電池，他的研究也成為了中國留學(xué)基金委在德國于利希研究中心能源與氣候研究所的資助項(xiàng)目的一部分。Yu表示：“在初始測試中，這種新型電池經(jīng)過500次的充放電循環(huán)依然非常穩(wěn)定，并保持原始容量的84%。這里仍然有提升的空間。理論上說，容量損耗甚至應(yīng)該可能低于1%。”

研究所的主任教授Ruediger-A.Eichel也深信這種新型電池設(shè)計(jì)的優(yōu)勢。Eichel表示：“能量密度已經(jīng)非常高，約為120mAh/g，即使它仍然略低于如今的鋰離子電池。”

價(jià)值

除了為電子遷移率而進(jìn)行的開發(fā)，德國亥姆霍茲國家研究中心聯(lián)合會(huì)“電池存儲(chǔ)”話題的發(fā)言人Eichel相信，固態(tài)電池未來也將用于其他領(lǐng)域。

他說：“目前正在開發(fā)的固態(tài)電池將優(yōu)先用于下一代電動(dòng)汽車的能量存儲(chǔ)。但是我們也相信，固態(tài)電池將在其他需要長壽命與安全操作的應(yīng)用領(lǐng)域流行，例如醫(yī)療技術(shù)或者智能家居領(lǐng)域的集成元件。”

關(guān)鍵字

電池、固態(tài)電池、能量存儲(chǔ)