固態(tài)電池新技術(shù)能延長(zhǎng)電池壽命并提升充電能力？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-19 21:54
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據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)康奈爾大學(xué)（Cornell University）的一項(xiàng)新研究改進(jìn)了固態(tài)電池的設(shè)計(jì)。固態(tài)電池本質(zhì)上比現(xiàn)有的鋰離子電池更安全，能量密度也更高，鋰離子電池依賴易燃液體電解質(zhì)將存儲(chǔ)在分子鍵中的化學(xué)能量快速轉(zhuǎn)移至電能中?？的螤柎髮W(xué)研究人員將液體電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為電化學(xué)電池內(nèi)部的固體聚合物，利用了液體和固體的特性以克服當(dāng)前影響電池設(shè)計(jì)的關(guān)鍵限制。
該研究的博士后研究員兼首席作者Qing Zhao表示：“可以想象一下一杯裝滿冰塊的玻璃杯，有些冰塊會(huì)接觸到玻璃杯，但是也有縫隙。但是如果將玻璃杯裝滿水并且冰凍起來(lái)，界面就會(huì)被完全覆蓋，玻璃杯內(nèi)的冰塊與水之間就可以建立起牢固的聯(lián)系。在電池中利用同樣的概念就可以促進(jìn)離子在電池電極固體表面向電解質(zhì)高速率轉(zhuǎn)移，而不需要可燃液體。”
該方案的關(guān)鍵在于引入特殊分子，在不損害電池其他功能的情況下，在電化學(xué)電池內(nèi)引發(fā)聚合。如果電解質(zhì)是環(huán)醚，可設(shè)計(jì)引發(fā)劑，讓其撕裂環(huán)，從而產(chǎn)生結(jié)合在一起的反應(yīng)性單體鏈，以產(chǎn)生與醚的化學(xué)性質(zhì)基本相同的長(zhǎng)鏈狀分子。此類堅(jiān)固的聚合物在金屬界面處保持了緊密連接，猶如玻璃杯中的冰塊。
固態(tài)電解質(zhì)除了有助于提高電池的安全性外，還有助于讓下一代電池能夠利用鋰和鋁等金屬作為陽(yáng)極，與當(dāng)今最先進(jìn)電池技術(shù)相比，可實(shí)現(xiàn)更大的能量存儲(chǔ)。在此種情況下，固態(tài)電解質(zhì)可以防止金屬形成樹(shù)突，從而導(dǎo)致電池短路、過(guò)熱和故障。盡管固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)明顯，但是大規(guī)模量產(chǎn)遭受了阻礙。制造成本高，以前的設(shè)計(jì)導(dǎo)致的界面性能差，都造成了重大的技術(shù)障礙，此外，固態(tài)系統(tǒng)還能夠穩(wěn)定電池?zé)嶙兓?，從而免去電池冷卻的必要。
據(jù)研究人員所說(shuō)，生產(chǎn)新型聚合物電解質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)有望延長(zhǎng)高能量密度可充電金屬電池的循環(huán)壽命，提升充電能力。陽(yáng)極為鋰金屬的全固態(tài)電池有望解決傳統(tǒng)鋰離子電池的電解質(zhì)泄漏、易燃和能量密度有限等問(wèn)題，人們普遍認(rèn)為，鋰金屬是全固態(tài)電池的最佳陽(yáng)極材料，因?yàn)樗哂凶罡叩睦碚撊萘亢鸵阎?yáng)極材料中最低的電位。
鋰離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)是全固態(tài)電池的關(guān)鍵組成部分，但問(wèn)題是，大多數(shù)現(xiàn)有的固體電解質(zhì)具有化學(xué)／電化學(xué)不穩(wěn)定性，不可避免地會(huì)在界面處引起不必要的副反應(yīng)，導(dǎo)致界面電阻增加，在重復(fù)充放電期間極大地降低電池的性能。
研究人員表示，復(fù)合氫化物在解決與鋰金屬陽(yáng)極相關(guān)的問(wèn)題時(shí)廣受關(guān)注，因?yàn)樗鼈儗?duì)鋰金屬陽(yáng)極具有出色的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。他們得到的新型固體電解質(zhì)不僅擁有高離子導(dǎo)電性，且對(duì)鋰金屬也非常穩(wěn)定，因此，對(duì)于使用鋰金屬陽(yáng)極的全固態(tài)電池來(lái)說(shuō)是一個(gè)真正的突破。
研究人員表示：“這一發(fā)展不僅有助于我們未來(lái)找到基于復(fù)合氫化物的鋰離子導(dǎo)體，還將開(kāi)辟固體電解質(zhì)材料領(lǐng)域的新趨勢(shì)，得到的新型固體電解質(zhì)材料有望促進(jìn)高能量密度電化學(xué)裝置的發(fā)展。”
電動(dòng)汽車期望高能量密度且安全的電池，以取得滿意的續(xù)航里程。如果電極和電解質(zhì)不能在電化學(xué)穩(wěn)定性問(wèn)題上配合良好，電動(dòng)汽車普及的路上就永遠(yuǎn)有一道坎。此次金屬鋰與氫化物合作成功，開(kāi)辟了新思路。鋰元素果然潛力無(wú)限。續(xù)航上千公里的電動(dòng)汽車和待機(jī)一星期的智能手機(jī)或許已經(jīng)不遠(yuǎn)。
