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解决锂电池安全续航问题 原来可以用“冰”

来源:钜大LARGE    2018-02-02    点击量:

  众所周知,移动设备近几年来在电池续航问题上进入了瓶颈期,各大锂电池厂家不得不通过增大电池容量来解决这个问题,不过增大容量这种方案不是长久之计,三星Note7的爆炸无疑给整个锂电池产业劈头浇了一盆冷水。不过,有决心创新改变的研究人员始终没有放弃,终于在最近发现了一种新的解决方案,那就是冷凝法,这种方法,能保证锂电池安全的情况下提升续航能力,并且可以弯曲,能够充分适应为了可能出现的可弯曲移动设备。
 

  那么冷凝发到底是什么?其实很简单,就是用冰模板(ice-templating)垂直对齐电池内固态电解质架构,增强导电性。这种新型电池的诞生也正好为概念中的柔性智能手机和平板电脑铺路。
 

  眼下,市场上可重复充电的锂电池用的液体电解质高易燃性,极易造成安全问题,去年 Note 7 事故元凶就是它。因此,哥伦比亚大学工程和应用科学学院决定尝试使用固体电解质来代替易燃的液体电解质。
 

  由于传统液体电解质极易燃烧,他们使用冰模板让陶瓷固体电解质呈现出垂直对齐的柱状架构,使用陶瓷固体电解质的电池明显更安全且导电性更强。这种电池的制作方法也是很稀奇的,制作时,先在底部加入陶瓷颗粒并冷却水性溶液,随后让冰层生长,挤出一部分已结冰的水性溶液,让陶瓷颗粒在电池中成为主流。最后,营造一个真空环境让冰升华为汽态,这样就完成了搭建垂直对齐架构。搞定垂直对齐架构后,需要与聚合物相结合,后者是一种由许多重复子单元组成的大分子,这样就能为电解质提供机械支撑并更富有柔韧性。
 

  哥大材料科学和工程学助理教授Yuan Yang提到过,柔性固态锂电无论是在移动设备上还是电动车上,都能一劳永逸的解决安全问题,同时还能增加能量密度。 在之前的实验中,研究员用了一种该解决方案的变种。他们在聚合物电解质中用了随机分散陶瓷粒子,此外还尝试类纤维的陶瓷电解质,不过这些方案都无法实现垂直对齐。
 

  在之前的实验中,研究员用了一种该解决方案的变种。他们在聚合物电解质中用了随机分散陶瓷粒子,此外还尝试类纤维的陶瓷电解质,不过这些方案都无法实现垂直对齐。研究报告的主笔Haowei Zhai 说:“当时我们认为只要结合陶瓷电解质垂直对齐架构与聚合物电解质,就能让锂离子开上快车道并增强电池的导电性。”他还提到,他们相信这是业内首次使用冰模板制造柔性固体电解质,新的电解质不但安全可靠,而且无毒无害。新的方案最佳化了锂离子的导电效能,为下一代充电电池的开发开启了一扇窗。换用固体电解后,原本锂电池负极使用的石墨层就能换成锂金属了,此举能提升 60~70% 电池能量。
 

  目前,该团队准备最佳化电解质结合的品质并试装出这种新型电池,使今后的锂电池安全续航能力越来越强。