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    固態電池突圍有望?新技術掃清障礙 “零成本”提升壽命

    2022-03-10 14:59:36來源:財聯社

    財聯社(上海,編輯 黃君芝)訊,在不斷追求在不增加重量或體積的情況下將更多能量裝入電池的過程中,一項特別有前途的技術冬是固態電池。

    在固態電池中,通常在電極之間來回攜帶電荷的液體電解質被一層固體電解質層取代。這種電池不僅可以提供兩倍于其體積的能量,而且實際上還可以消除與現在的鋰離子電池相關的火災隱患。

    然而,固態電池的發展也在研發過程中遇到了關鍵瓶頸,即固態電解質層和兩側兩個電極之間的邊界不穩定會極大地縮短電池的使用壽命。盡管一些研究已經使用特殊的涂層來改善層間的結合,但這增加了制造過程中額外涂層步驟的費用。

    近期,麻省理工學院(MIT)和布魯克海文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)的一組研究人員想出了一種方法,可以在不需要任何額外涂層的情況下,達到與涂層表面相同或超過其耐久性的效果。

    據了解,新方法只需要在一個關鍵的制造步驟(稱為燒結)中消除存在的任何二氧化碳,在這個步驟中,電池材料被加熱,以在陰極和電解質層之間建立結合,而電解質層是由陶瓷化合物制成的。

    盡管空氣中存在的二氧化碳數量微乎其微(以百萬分之幾計算),但它的影響卻是巨大而有害的。研究人員說,在純氧中進行燒結步驟,可以創造出與最好的涂層表面性能相匹配的結合物,而無需額外的涂層成本。

    上述研究成果已于近期發表在《先進能源材料》雜志上。研究人員表示,“長期以來,由于各種原因,固態電池一直很受歡迎。推動固體電池發展的關鍵因素是它們更安全,能量密度更高。但有兩個因素阻礙了它們的大規模商業化,即固體電解質的低導電性和界面不穩定性問題?!?/p>

    導電問題已經得到有效解決,合理的高導電材料已經被證明。但要克服界面上出現的不穩定因素,難度要大得多。這些不穩定性在電池的制造和電化學操作過程中都可能發生,但目前研究人員主要關注電池的制造,特別是燒結過程。

    研究人員通過實驗證明,避免二氧化碳,特別是在燒結過程中保持純氧氣氛,可以在高達700度的溫度下產生非常好的結合,而且沒有任何有害的化合物形成。他們說,用這種方法制成的陰極-電解質界面的性能“與我們在文獻中看到的最佳界面電阻相當”,但那些都是通過額外的涂覆步驟實現的。

    研究人員還稱,這些新發現可能會迅速應用于電池生產?!拔覀兲岢龅氖且粋€相對簡單的制造電池的過程。在制造過程中不會增加太多的能量損耗。因此,我們相信它可以相對容易地應用到制造過程中,而且我們計算出的附加成本應該是可以忽略不計的?!?/p>

    事實上,像豐田這樣的大公司已經開始將早期版本的固態鋰離子電池商業化,這些新發現可以迅速幫助這些公司提高這項技術的經濟性和耐久性。

    標簽: 掃清障礙

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