提升充電能力 康奈爾大學固態(tài)電池技術突破

人們對電池的要求并不高:在需要的時間內(nèi)盡可能長時間地提供能量,充電速度快,不會突然起火,但是2016年的一系列手機電池起火事件動搖了消費者對鋰離子電池的信心。自上世紀80年代推出以來,鋰離子電池曾幫助引領現(xiàn)代便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展,但是一直受到安全問題的困擾。隨著人們對電動汽車興趣越來越大,研究人員和業(yè)內(nèi)人士都在尋找改進充電電池的技術,此類技術需要能夠安全可靠地為汽車、自動駕駛汽車、機器人和其他下一代設備提供動力。

據(jù)外媒報道,美國康奈爾大學(Cornell University)的一項新研究改進了固態(tài)電池的設計。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)將存儲在分子鍵中的化學能量快速轉(zhuǎn)移至電能中?？的螤柎髮W研究人員將液體電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為電化學電池內(nèi)部的固體聚合物,利用了液體和固體的特性以克服當前影響電池設計的關鍵限制。

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,界面就會被完全覆蓋,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?！?/p>

該方案的關鍵在于引入特殊分子,在不損害電池其他功能的情況下,在電化學電池內(nèi)引發(fā)聚合。如果電解質(zhì)是環(huán)醚,可設計引發(fā)劑,讓其撕裂環(huán),從而產(chǎn)生結(jié)合在一起的反應性單體鏈,以產(chǎn)生與醚的化學性質(zhì)基本相同的長鏈狀分子。此類堅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極,與當今最先進電池技術相比,可實現(xiàn)更大的能量存儲。在此種情況下,固態(tài)電解質(zhì)可以防止金屬形成樹突,從而導致電池短路、過熱和故障。盡管固態(tài)電池優(yōu)勢明顯,但是大規(guī)模量產(chǎn)遭受了阻礙。制造成本高,以前的設計導致的界面性能差,都造成了重大的技術障礙,此外,固態(tài)系統(tǒng)還能夠穩(wěn)定電池熱變化,從而免去電池冷卻的必要。

據(jù)研究人員所說,生產(chǎn)新型聚合物電解質(zhì)的現(xiàn)場技術有望延長高能量密度可充電金屬電池的循環(huán)壽命,提升充電能力。