康奈爾大學(xué)固態(tài)電池技術(shù)突破 延長電池壽命/提升充電能力

　　人們對電池的要求并不高：在需要的時(shí)間內(nèi)盡可能長時(shí)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(jī)電池起火事件動搖了消費(fèi)者對鋰離子電池的信心。自上世紀(jì)80年代推出以來，鋰離子電池曾幫助引領(lǐng)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(jìn)充電電池的技術(shù)，此類技術(shù)需要能夠安全可靠地為汽車、自動駕駛汽車、機(jī)器人和其他下一代設(shè)備提供動力。

　　(圖片來源：康奈爾大學(xué)官網(wǎng))

　　據(jù)外媒報(bào)道，美國康奈爾大學(xué)(Cornell University)的一項(xiàng)新研究改進(jìn)了固態(tài)電池的設(shè)計(jì)。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(xué)能量快速轉(zhuǎn)移至電能中。康奈爾大學(xué)研究人員將液體電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為電化學(xué)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(dāng)前影響電池設(shè)計(jì)的關(guān)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(jìn)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。”

　　該方案的關(guān)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(xué)電池內(nèi)引發(fā)聚合。如果電解質(zhì)是環(huán)醚，可設(shè)計(jì)引發(fā)劑，讓其撕裂環(huán)，從而產(chǎn)生結(jié)合在一起的反應(yīng)性單體鏈，以產(chǎn)生與醚的化學(xué)性質(zhì)基本相同的長鏈狀分子。此類堅(jiān)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(dāng)今最先進(jìn)電池技術(shù)相比，可實(shí)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(dǎo)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(shè)計(jì)導(dǎo)致的界面性能差，都造成了重大的技術(shù)障礙，此外，固態(tài)系統(tǒng)還能夠穩(wěn)定電池?zé)嶙兓?，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(shù)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。