什么是固态电池，新型固态电池，充电速度更快吗？
来源：宝鄂实业
2019-03-27 09:42
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锂离子电池，已广泛应用于各种智能硬件与移动电子产品，例如智能手机，智能手表、平板电脑、电动自行车、电动汽车等。然而，锂离子电池一般采用的都是可燃性的液体电解质。在高温条件下，这些电解液可能会引起燃烧，甚至发生爆炸，存在安全隐患。
为了解决锂离子电池的安全隐患，除了改善锂离子电池的自身设计（例如加入保护电路）之外，寻找替代品也是科学家们一直在研究的方法。固态电池成为了传统锂电池的一种候选的替代品，它的所有电极和电解质都由固态物质制成，即使被加热到非常高的温度，也不会着火。
但是，传统的锂离子电池采用的是液体电解质，它通常与电极接触得非常好。通过它们粗糙的表面，电极就像海绵一样吸收液体，制造出较大的接触面积。可是，两种固体原则上无法无空隙地结合在一起。电极与电解质之间的接触电阻会相应地增高。因此，在固态电池的开发中，低电流被认为是最大的障碍之一。这也是为什么固态电池充电需要花费相对较长的时间，它一般充满电需要10到12个小时。
德国于利希研究中心能源与气候研究所（IEK-9）的研究小组领头人 Hermann Tempel 博士解释道：“通过目前描述的设计理念，由于内部固态接口的问题，充放电电流只能非常小。这就是我们的设计理念起作用的地方，这个想法基于材料的有益组合。”
近日，德国于利希研究中心的科学家们设计出一种新型固态电池，只需不到1个小时就可以再次充满电。
Hermann Tempel 解释道：“为了允许最大可能的电流通过层的边界，我们采用非常相似的材料来制造所有的元件。阳极、阴极与电解质都通过不同的磷酸化合物制成，使得充电率高于3C（质量比容量为50 mAh/g）。这比文献中找到的其他冲充电率值要高10倍。”
固态电解质作为稳定的载体材料使用，磷酸盐电极通过网印工艺应用到电解质的两侧。这项研究使用的材料价格合理，且相对易于加工。不同于传统的锂离子电池，新型固态电池几乎不含有毒或有害物质。
Yu 开发并测试了这种电池，他的研究也成为了中国留学基金委在德国于利希研究中心能源与气候研究所的资助项目的一部分。Yu 表示：“在初始测试中，这种新型电池经过500次的充放电循环依然非常稳定，并保持原始容量的84%。这里仍然有提升的空间。理论上说，容量损耗甚至应该可能低于1%。”
研究所的主任教授 Ruediger-A. Eichel 也深信这种新型电池设计的优势。Eichel 表示：“能量密度已经非常高，约为120 mAh/g，即使它仍然略低于如今的锂离子电池。
”可以用金属锂制造阳极，这使得电池的容量是使用石墨阳极的锂离子电池的两到三倍。当在阳极表面上用锂金属锂阳极晶体充电电池时会出现问题，并且对于能够生长足够大以分离隔板并在阴极上短路的尖刺针状枝晶(正电极)会出现问题。 。这可能导致电池过热甚至着火。
”可以用金属锂制造阳极，这使得电池的容量是使用石墨阳极的锂离子电池的两到三倍。当在阳极表面上用锂金属锂阳极晶体充电电池时会出现问题，并且对于能够生长足够大以分离隔板并在阴极上短路的尖刺针状枝晶(正电极)会出现问题。 。这可能导致电池过热甚至着火。
固体聚合物电解质
该项目由化学博士生岳高领导，增强的SEI生产电解质是由聚合锂盐，氟化锂纳米粒子和氧化石墨烯片组成的反应性聚合物复合物。这种固体电解质的构造具有这些材料的薄层，由宾夕法尼亚州立大学Evan Pugh大学化学教授Thomas E. Mallouk开发。
“实现稳定的锂界面需要大量的分子水平控制，”Mallouk说。“悦和东海设计的聚合物能够与锂金属表面形成爪状键合。它以无源方式为锂表面提供所需的能量，使其不会与电解质中的分子发生反应。纳米片在复合材料中起到机械屏障的作用，防止树枝状晶体从锂金属中形成。“
使用化学和工程设计使该技术能够以原子尺度控制锂表面。“当我们设计电池时，我们不一定像化学家一样思考，一直到分子水平，但这就是我们在这里需要做的事情，”Mallouk说。
反应性聚合物还降低了重量和制造成本，进一步增强了锂金属电池的未来。“通过更稳定的SEI，可以将现有电池的能量密度提高一倍，同时使其寿命更长，更安全，”王说。
随着全球大学，所有主要电池制造商以及丰田，宝马和新成员Fisker等汽车公司的大量研究，固态锂电池有望在2025年后的某个时候开始大规模商业化生产。宾夕法尼亚州立大学的研究正在推进知识基础，最终将这种新电池技术推向主流。
