固态电池新技术能延长电池寿命并提升充电能力？
来源：宝鄂实业
2019-07-19 21:54
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据外媒报道，美国康奈尔大学（Cornell University）的一项新研究改进了固态电池的设计。固态电池本质上比现有的锂离子电池更安全，能量密度也更高，锂离子电池依赖易燃液体电解质将存储在分子键中的化学能量快速转移至电能中。康奈尔大学研究人员将液体电解质转化为电化学电池内部的固体聚合物，利用了液体和固体的特性以克服当前影响电池设计的关键限制。
该研究的博士后研究员兼首席作者Qing Zhao表示：“可以想象一下一杯装满冰块的玻璃杯，有些冰块会接触到玻璃杯，但是也有缝隙。但是如果将玻璃杯装满水并且冰冻起来，界面就会被完全覆盖，玻璃杯内的冰块与水之间就可以建立起牢固的联系。在电池中利用同样的概念就可以促进离子在电池电极固体表面向电解质高速率转移，而不需要可燃液体。”
该方案的关键在于引入特殊分子，在不损害电池其他功能的情况下，在电化学电池内引发聚合。如果电解质是环醚，可设计引发剂，让其撕裂环，从而产生结合在一起的反应性单体链，以产生与醚的化学性质基本相同的长链状分子。此类坚固的聚合物在金属界面处保持了紧密连接，犹如玻璃杯中的冰块。
固态电解质除了有助于提高电池的安全性外，还有助于让下一代电池能够利用锂和铝等金属作为阳极，与当今最先进电池技术相比，可实现更大的能量存储。在此种情况下，固态电解质可以防止金属形成树突，从而导致电池短路、过热和故障。尽管固态电池优势明显，但是大规模量产遭受了阻碍。制造成本高，以前的设计导致的界面性能差，都造成了重大的技术障碍，此外，固态系统还能够稳定电池热变化，从而免去电池冷却的必要。
据研究人员所说，生产新型聚合物电解质的现场技术有望延长高能量密度可充电金属电池的循环寿命，提升充电能力。阳极为锂金属的全固态电池有望解决传统锂离子电池的电解质泄漏、易燃和能量密度有限等问题，人们普遍认为，锂金属是全固态电池的最佳阳极材料，因为它具有最高的理论容量和已知阳极材料中最低的电位。
锂离子传导固体电解质是全固态电池的关键组成部分，但问题是，大多数现有的固体电解质具有化学／电化学不稳定性，不可避免地会在界面处引起不必要的副反应，导致界面电阻增加，在重复充放电期间极大地降低电池的性能。
研究人员表示，复合氢化物在解决与锂金属阳极相关的问题时广受关注，因为它们对锂金属阳极具有出色的化学和电化学稳定性。他们得到的新型固体电解质不仅拥有高离子导电性，且对锂金属也非常稳定，因此，对于使用锂金属阳极的全固态电池来说是一个真正的突破。
研究人员表示：“这一发展不仅有助于我们未来找到基于复合氢化物的锂离子导体，还将开辟固体电解质材料领域的新趋势，得到的新型固体电解质材料有望促进高能量密度电化学装置的发展。”
电动汽车期望高能量密度且安全的电池，以取得满意的续航里程。如果电极和电解质不能在电化学稳定性问题上配合良好，电动汽车普及的路上就永远有一道坎。此次金属锂与氢化物合作成功，开辟了新思路。锂元素果然潜力无限。续航上千公里的电动汽车和待机一星期的智能手机或许已经不远。
