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全固态锂电池:采用玻璃电解质 更安全高效耐用

新闻报道  News reportage

全固态锂电池:采用玻璃电解质 更安全高效耐用

来源:
发布时间:
2018/09/10
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锂电池之父的科研新突破

  创新这个词,似乎离年轻人更近一些。然而对于94岁的老人来说,似乎有点遥远。但是,锂离子电池的发明者、德克萨斯州大学奥斯汀分校工程学院94岁的教授JohnGoodenough却老当益壮,他带领工程师团队开发了首个全固态锂电池。

  Goodenough是著名的固体物理学家,是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人,锂离子电池的奠基人之一,被业界称为“锂电之父”。他对于材料科学与技术,特别是锂离子电池领域做出了重要贡献。

  Goodenough和科克雷尔学院的高级研究员MariaHelenaBraga,一起完成了这项最新的突破性研究,这项研究的论文最近发表于《能量和环境科学》杂志。他们研发的这种电池具有「低成本」、「全固态」、「非易燃」、「长寿命」、「高体积能量密度」、「快速充放电」等优点。

  对于新发明的固态锂电池,Goodenough认为:“成本、安全、能量密度、充放电率、循环寿命,对于电池驱动的汽车更广泛的应用来说至关重要。我们相信我们的发明解决了现今的电池中的许多固有问题。”

新型固态电池的优点

能量密度更高

  这种新型电池的能量密度至少是现今的锂电池的三倍。电池的能量密度决定了电动汽车的行驶距离,所以更高的能量密度意味着一辆汽车可以在两次充电之间行驶至更远距离。

充放电循环次数更多

  这种新型电池也具有更多的充放电循环次数,从而使得电池使用更持久并且带来了更长的循环寿命。在实验中,研究人员使用的电池可循环1200次且低电阻。

充电速度更快

  另外,它的充电速度也更快(由几小时缩短为几分钟)。

安全

  如今一般的锂电池都使用的是「液体电解质」,电解液在电池的正负极之间运输锂离子。

  如果电池充电过快,从而在电解液内形成「枝晶」或者「金属晶须」,引发短路,进一步引发起火和爆炸。

  或者,如果锂电池放在阳光下暴晒,电解液的温度会极具升高。在高温下条件下,电解液发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧。

  所以,研究人员使用「玻璃电解质」取代了液体电解质,使得碱金属阳极不会形成「枝晶」。

严寒条件下运行

  另外,因为固态玻璃电解质可以运行在零下20摄氏度的温度条件下,具有高导电性。配备这种电池的汽车能够在严寒天气中良好运行。

制造工艺简单

  这种玻璃电解质,让工程师们能够在阳极和阴极上镀上或者剥落碱金属,而不出现“枝晶”,这样可以「简化电池制造工艺」。

材料环保且来源丰富

  另外一项优势,就是电池能够使用环保材料进行制造。Braga说:“这种玻璃电解质使用低成本的钠取代锂。钠,可从海水中提取,来源十分丰富。”

未来展望

  当Braga在葡萄牙波尔图大学的时候,她就开始开发这种固体玻璃电解质。两年前,她和Goodenough还有德克萨斯州大学奥斯汀分校的研究员AndrewJ.Murchison一起合作。她说,Goodenough对于固体玻璃电解质的组成和特性的理解,帮助她开发了这种新型电解质,并且现在通过德克萨斯州大学奥斯汀分校技术商业化办公室申请了专利。

  Goodenough和Braga正继续推进电池相关的研究,致力于申请几个专利。短期来说,他们希望能够和电池制造商一起,在电动汽车和能量存储设备中,开发和测试这种新材料。

  这项研究由德克萨斯州大学奥斯汀分校支持,但是没有得到相关的资金资助。