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解決鋰電池安全續航問題 原來可以用“冰”
更新時間:2017-05-25 17:57:37 點擊量:

   眾所周知,移動設備近幾年來在電池續航問題上進入了瓶頸期,各大鋰電池廠家不得不通過增大電池容量來解決這個問題,不過增大容量這種方案不是長久之計,三星Note7的爆炸無疑給整個鋰電池產業劈頭澆了一盆冷水。不過,有決心創新改變的研究人員始終沒有放棄,終于在最近發現了一種新的解決方案,那就是冷凝法,這種方法,能保證鋰電池安全的情況下提升續航能力,并且可以彎曲,能夠充分適應為了可能出現的可彎曲移動設備。

   那么冷凝發到底是什么?其實很簡單,就是用冰模板(ice-templating)垂直對齊電池內固態電解質架構,增強導電性。這種新型電池的誕生也正好為概念中的柔性智能手機和平板電腦鋪路。

   眼下,市場上可重復充電的鋰電池用的液體電解質高易燃性,極易造成安全問題,去年 Note 7 事故元兇就是它。因此,哥倫比亞大學工程和應用科學學院決定嘗試使用固體電解質來代替易燃的液體電解質。

   由于傳統液體電解質極易燃燒,他們使用冰模板讓陶瓷固體電解質呈現出垂直對齊的柱狀架構,使用陶瓷固體電解質的電池明顯更安全且導電性更強。這種電池的制作方法也是很稀奇的,制作時,先在底部加入陶瓷顆粒并冷卻水性溶液,隨后讓冰層生長,擠出一部分已結冰的水性溶液,讓陶瓷顆粒在電池中成為主流。最后,營造一個真空環境讓冰升華為汽態,這樣就完成了搭建垂直對齊架構。搞定垂直對齊架構后,需要與聚合物相結合,后者是一種由許多重復子單元組成的大分子,這樣就能為電解質提供機械支撐并更富有柔韌性。

   哥大材料科學和工程學助理教授Yuan Yang提到過,柔性固態鋰電無論是在移動設備上還是電動車上,都能一勞永逸的解決安全問題,同時還能增加能量密度?!≡谥暗膶嶒炛?,研究員用了一種該解決方案的變種。他們在聚合物電解質中用了隨機分散陶瓷粒子,此外還嘗試類纖維的陶瓷電解質,不過這些方案都無法實現垂直對齊。

   在之前的實驗中,研究員用了一種該解決方案的變種。他們在聚合物電解質中用了隨機分散陶瓷粒子,此外還嘗試類纖維的陶瓷電解質,不過這些方案都無法實現垂直對齊。研究報告的主筆Haowei Zhai 說:“當時我們認為只要結合陶瓷電解質垂直對齊架構與聚合物電解質,就能讓鋰離子開上快車道并增強電池的導電性?!彼€提到,他們相信這是業內首次使用冰模板制造柔性固體電解質,新的電解質不但安全可靠,而且無毒無害。新的方案最佳化了鋰離子的導電效能,為下一代充電電池的開發開啟了一扇窗。換用固體電解后,原本鋰電池負極使用的石墨層就能換成鋰金屬了,此舉能提升 60~70% 電池能量。

   目前,該團隊準備最佳化電解質結合的品質并試裝出這種新型電池,使今后的鋰電池安全續航能力越來越強。


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