固態(tài)鋰電池又邁出了一小步

在固態(tài)鋰電池成為主流之前，這只是時(shí)間問(wèn)題和更多研究。鋰離子電池已成為從手機(jī)和個(gè)人電子產(chǎn)品到電動(dòng)汽車(chē)(EV)以及在電網(wǎng)上支持可再生能源等各種產(chǎn)品的首選解決方案。但鋰離子電池通常使用碳石墨陽(yáng)極(負(fù)電極)在充電期間儲(chǔ)存鋰離子并在放電期間釋放鋰離子。石墨陽(yáng)極只能儲(chǔ)存如此多的鋰離子，限制了電池可以儲(chǔ)存的能量。

可以用金屬鋰制造陽(yáng)極，這使得電池的容量是使用石墨陽(yáng)極的鋰離子電池的兩到三倍。當(dāng)在陽(yáng)極表面上用鋰金屬鋰陽(yáng)極晶體充電電池時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，并且對(duì)于能夠生長(zhǎng)足夠大以分離隔板并在陰極上短路的尖刺針狀枝晶(正電極)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。 。這可能導(dǎo)致電池過(guò)熱甚至著火。Amphenol正弦系統(tǒng)ATV Series™重載連接器具有18位腔體布置，耐用的熱塑性外殼，法蘭安裝或直列式功能，用于配合的集成閂鎖和一體式界面密封。

金屬電極和電解質(zhì)之間的區(qū)域稱為固體電解質(zhì)中間相(SEI)。SEI的穩(wěn)定性對(duì)電池性能具有顯著影響，因?yàn)殡姵劁囯姌O表面上的鹽層可以使其與傳導(dǎo)電子隔離，同時(shí)允許鋰離子傳導(dǎo)。

商用鋰離子電池使用液體電解質(zhì)以允許鋰離子在陽(yáng)極和陰極之間流動(dòng)。但是當(dāng)與金屬鋰陽(yáng)極一起使用時(shí)，這種液體電解質(zhì)很少或沒(méi)有能力限制枝晶生長(zhǎng)。SEI可能變得不穩(wěn)定并進(jìn)一步增強(qiáng)枝晶生長(zhǎng)。因此，正在研究開(kāi)發(fā)一種固體或半固體電解質(zhì)，該電解質(zhì)將允許鋰離子容易地通過(guò)它，同時(shí)還限制或防止在充電階段鋰枝晶生長(zhǎng)。

賓夕法尼亞州立大學(xué)機(jī)械與化學(xué)工程教授王東海說(shuō)：“這就是為什么鋰金屬電池不會(huì)持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間 - 相間增長(zhǎng)并且不穩(wěn)定的原因。”賓夕法尼亞州立大學(xué)開(kāi)發(fā)出一種新的固體聚合物電解質(zhì)，其SEI減少了枝晶的形成。“在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用聚合物復(fù)合材料來(lái)創(chuàng)造更好的SEI，”王在賓夕法尼亞州立大學(xué)新聞發(fā)布會(huì)上說(shuō)。

該項(xiàng)目由化學(xué)博士生岳高領(lǐng)導(dǎo)，增強(qiáng)的SEI生產(chǎn)電解質(zhì)是由聚合鋰鹽，氟化鋰納米粒子和氧化石墨烯片組成的反應(yīng)性聚合物復(fù)合物。這種固體電解質(zhì)的構(gòu)造具有這些材料的薄層，由賓夕法尼亞州立大學(xué)Evan Pugh大學(xué)化學(xué)教授Thomas E. Mallouk開(kāi)發(fā)。

“實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰界面需要大量的分子水平控制，”Mallouk說(shuō)。“悅和東海設(shè)計(jì)的聚合物能夠與鋰金屬表面形成爪狀鍵合。它以無(wú)源方式為鋰表面提供所需的能量，使其不會(huì)與電解質(zhì)中的分子發(fā)生反應(yīng)。納米片在復(fù)合材料中起到機(jī)械屏障的作用，防止樹(shù)枝狀晶體從鋰金屬中形成。“

使用化學(xué)和工程設(shè)計(jì)使該技術(shù)能夠以原子尺度控制鋰表面。“當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)電池時(shí)，我們不一定像化學(xué)家一樣思考，一直到分子水平，但這就是我們?cè)谶@里需要做的事情，”Mallouk說(shuō)。

反應(yīng)性聚合物還降低了重量和制造成本，進(jìn)一步增強(qiáng)了鋰金屬電池的未來(lái)。“通過(guò)更穩(wěn)定的SEI，可以將現(xiàn)有電池的能量密度提高一倍，同時(shí)使其壽命更長(zhǎng)，更安全，”王說(shuō)。

隨著全球大學(xué)，所有主要電池制造商以及豐田，寶馬和新成員Fisker等汽車(chē)公司的大量研究，固態(tài)鋰電池有望在2025年后的某個(gè)時(shí)候開(kāi)始大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究正在推進(jìn)知識(shí)基礎(chǔ)，最終將這種新電池技術(shù)推向主流。

高級(jí)編輯凱文克萊門(mén)斯30多年來(lái)一直在撰寫(xiě)有關(guān)能源，汽車(chē)和交通主題的文章。他擁有材料工程和環(huán)境教育碩士學(xué)位以及機(jī)械工程博士學(xué)位，專(zhuān)攻空氣動(dòng)力學(xué)。他在他的工作室里建立了幾個(gè)關(guān)于電動(dòng)摩托車(chē)的世界陸地速度記錄。