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  • 如何解(jiě)决锂电池安全续航问题 ?


    众所周知,移动设备近几年来在电池续航问题上进入了瓶(píng)颈期,各大锂电(diàn)池厂家不得不通过增大电池(chí)容量(liàng)来解决这个(gè)问题,不过增大容量这种方案不是长(zhǎng)久之计(jì),三星Note7的爆炸(zhà)无(wú)疑给整个锂电池产(chǎn)业劈头浇了一盆冷水。不过,有决心创新改变(biàn)的研(yán)究人员始终没有放弃,终于(yú)在(zài)最(zuì)近发(fā)现了一种新的解(jiě)决(jué)方案,那就是冷凝法,这种方法,能保(bǎo)证锂电池安全的情况下提升续航能力(lì),并(bìng)且可以弯曲,能够充分(fèn)适(shì)应为了可(kě)能(néng)出现的可弯曲移动设备。

    那么冷凝发到底是什么?其实(shí)很简单,就是(shì)用冰模板(ice-templating)垂(chuí)直对齐电池内(nèi)固(gù)态(tài)电解质架构,增强导(dǎo)电性。这种新型(xíng)电池的(de)诞生也正好为概(gài)念(niàn)中的柔性智能手机和平(píng)板电脑铺路。

    眼下,市场上可重复充(chōng)电的锂电池用的液体电解质高易燃性,极易造成(chéng)安全问(wèn)题,去(qù)年 Note 7 事故元凶就是它。因此,哥伦比亚大学(xué)工程和应用科学(xué)学院决定尝试使用固体电(diàn)解质来代替易(yì)燃的液体电解质。

    由(yóu)于传统液体电(diàn)解质极易(yì)燃烧,他们(men)使(shǐ)用冰模(mó)板让(ràng)陶瓷固体电解质呈现(xiàn)出(chū)垂直对齐的柱状架构,使用陶瓷(cí)固(gù)体电解质的电池明显更安(ān)全且(qiě)导电性(xìng)更强。这种电池的制作方法也(yě)是很稀奇的,制作时,先(xiān)在底部加入陶瓷颗粒并(bìng)冷(lěng)却水性溶液,随后让冰层生(shēng)长,挤出一部分(fèn)已结冰的(de)水性溶液,让陶瓷颗粒在电池中成为主流。最后,营造一个真空环境让冰(bīng)升华为(wéi)汽态,这样就完成(chéng)了搭(dā)建垂直对齐架构。搞定垂直对齐架构后,需要与聚合(hé)物相结合,后(hòu)者是(shì)一种由许多重(chóng)复子(zǐ)单元组成的大分子,这样就能为电解质提供机械(xiè)支撑并(bìng)更富有柔韧(rèn)性。

    哥大材料科学和工程学助理教授Yuan Yang提到过,柔性(xìng)固态锂电无论是在移动设备上还是电动车上,都能一劳永逸的解决安全问题,同时还能增加能量密度。 在之前的实验中,研究员用了一种该解决方案的变种。他们在聚合物电解质中(zhōng)用了随机分散(sàn)陶(táo)瓷粒子(zǐ),此外还尝试类纤维的陶瓷(cí)电(diàn)解质(zhì),不过这些方案都无法实现垂(chuí)直(zhí)对齐。

    在(zài)之前的(de)实验中,研究(jiū)员用了一种该(gāi)解决方(fāng)案的变种。他们在聚(jù)合物电解质中用了随机分(fèn)散陶(táo)瓷粒子(zǐ),此外还尝试类纤维的陶瓷电(diàn)解质,不过这些方(fāng)案都(dōu)无(wú)法实现垂直对(duì)齐(qí)。研究报告的主(zhǔ)笔Haowei Zhai 说:“当时我们认为(wéi)只要结合陶瓷电(diàn)解(jiě)质垂(chuí)直对齐架构与聚合物电(diàn)解(jiě)质,就能让锂离子开上快车道并(bìng)增强(qiáng)电池的(de)导电性。”他还(hái)提到,他们相信这是(shì)业内首次使用冰(bīng)模板制造(zào)柔性固体电解质,新的电解质不但安全可靠,而且无毒无害。新的(de)方(fāng)案(àn)最佳化了锂离子的导电效能(néng),为下一代充(chōng)电电池的(de)开发开(kāi)启(qǐ)了一扇窗。换用(yòng)固(gù)体电解后,原(yuán)本(běn)锂电池负极使用的石墨(mò)层就能换成锂金(jīn)属了,此举(jǔ)能提升 60~70% 电池能(néng)量。

    目前(qián),该团队准备最佳化(huà)电解质结合的品质并试装出这种新型电池,使今(jīn)后的锂电池(chí)安全(quán)续航能力越来越(yuè)强。


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