未來(lái)超安全的鋅電池技術(shù)可以與鋰電池競(jìng)爭(zhēng)嗎
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-12 13:21
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在一個(gè)更完美的世界里，你的手機(jī)電池會(huì)很容易持續(xù)一整天，電量不會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化，而且最重要的是，它不會(huì)爆炸。這聽(tīng)起來(lái)像是一個(gè)夢(mèng)想， 但馬里蘭大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的水和鋅基電池，可以通過(guò)某種方式滿足所有這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，并最終可能在未來(lái)的消費(fèi)電子產(chǎn)品中出現(xiàn)。
由美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院開(kāi)發(fā)的這種技術(shù)論文于周一在“自然資源”雜志上發(fā)表。鋅和水的組合對(duì)于解決安全問(wèn)題特別有效，例如導(dǎo)致三星Galaxy Note 7電池在2016年爆炸的問(wèn)題，據(jù)研究人員稱(chēng)，新電池不會(huì)像手機(jī)和筆記本電腦中普遍使用的鋰離子電池一樣具有火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)在壽命方面也超越鋰電池。
鋅電池并不是新鮮事物，長(zhǎng)期以來(lái)一直是安全，便宜的能源選擇，但過(guò)去它們也因其有限的生命周期和低能量密度而受到抑制。馬里蘭大學(xué)和陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的期刊論文和博士后副主任王飛說(shuō)，新的“含鋅水”電池是兩全其美的。我們有一種電池可以在能量密度上與鋰離子電池競(jìng)爭(zhēng)，但沒(méi)有爆炸或火災(zāi)的危險(xiǎn)。”
研究人員表示，他們的新電池最終可能會(huì)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品。它還可用于極端條件下，以改善航空航天，軍事和深海環(huán)境中使用的車(chē)輛的性能，在這方面爆炸性電池可能造成災(zāi)難性后果。儲(chǔ)能設(shè)備是現(xiàn)代人類(lèi)進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)。由于鋰電子二次電池具有工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境污染小等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)用極為普遍的綠色化學(xué)能源。新一代高比能量鋰電池是未來(lái)儲(chǔ)能器件的發(fā)展方向，但是由于高能量密度鋰電池因使用有機(jī)電解液而存在易漏液、著火、爆炸等一系列安全隱患，提升電池安全性便成為當(dāng)下研究的重點(diǎn)。
近日，清華大學(xué)材料學(xué)院研究出了新型固態(tài)聚合物電解質(zhì)取代傳統(tǒng)有機(jī)電解液，成功地解決了這一難題。這種電解質(zhì)具有高離子電導(dǎo)率、低電極/電解質(zhì)界面阻抗、良好的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)于提升電池的安全具有十分重要的意義。
研究人員首先通過(guò)改進(jìn)化學(xué)工藝構(gòu)建了低阻抗的石墨電極/凝膠聚合物電解質(zhì)界面。在此基礎(chǔ)上將腈類(lèi)在丁二腈全固態(tài)電解質(zhì)（SEN）中原位聚合，這樣使得電極與SEN之間保持良好的粘附性，明顯降低了界面阻抗并使得聚合物電池呈現(xiàn)處良好的電化學(xué)性能。
其次，又將二縮三丙二醇二丙烯酯單體溶于碳酸酯基電解液配得前驅(qū)體溶液，制成納米球基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)（SiSE）。由于穩(wěn)定、低阻抗的電極/固態(tài)電解質(zhì)界面和SiSE對(duì)鋰枝生產(chǎn)具有顯著抑制作用，使用SiSE的固態(tài)鋰金屬電池表現(xiàn)出優(yōu)越的循環(huán)性能和安全性。
