哥倫比亞工程公司材料科學(xué)與工程助理教授袁洋開發(fā)了一種新方法，可以使鋰電池更安全，電池壽命更長，可彎曲，提供靈活的智能手機(jī)等新的可能性。他的新技術(shù)使用冰模板控制鋰電池固體電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)，用于便攜式電子產(chǎn)品，電動(dòng)汽車和電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能。該研究于4月24日在線發(fā)表在NanoLetters上。

液體電解質(zhì)目前用于商用鋰電池，并且，正如每個(gè)人現(xiàn)在所知，它是高度易燃的，導(dǎo)致一些筆記本電腦和其他電子設(shè)備的安全問題。Yang的團(tuán)隊(duì)探索了使用固體電解質(zhì)替代液體電解質(zhì)來制造全固態(tài)鋰電池的想法。他們有興趣使用冰模板來制造垂直排列的陶瓷固體電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)提供快速的鋰離子通道并且具有高導(dǎo)電性。他們用陶瓷顆粒從底部冷卻水溶液，然后讓冰生長并推開并濃縮陶瓷顆粒。然后他們應(yīng)用真空將固體冰轉(zhuǎn)化為氣體，留下垂直排列的結(jié)構(gòu)。最后，

“在便攜式電子設(shè)備以及電動(dòng)汽車中，靈活的全固態(tài)鋰電池不僅可以解決安全問題，而且還可以提高運(yùn)輸和存儲(chǔ)的電池能量密度。它們?cè)谥圃炜蓮澢O(shè)備方面顯示出巨大潛力，“楊說，他的研究小組專注于電化學(xué)能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換以及熱能管理。

早期研究的研究人員在聚合物電解質(zhì)中使用隨機(jī)分散的陶瓷顆粒或不垂直排列的纖維狀陶瓷電解質(zhì)。“我們認(rèn)為，如果我們將陶瓷電解質(zhì)的垂直排列結(jié)構(gòu)與聚合物電解質(zhì)結(jié)合起來，我們就能夠?yàn)殇囯x子提供快速通道，從而提高電導(dǎo)率，”Yang的博士生HaoweiZhai和論文的負(fù)責(zé)人說。作者。“我們相信這是第一次使用冰模法制造鋰電池中不易燃且無毒的柔性固體電解質(zhì)。這開辟了一種優(yōu)化下一代可充電電池離子傳導(dǎo)的新方法。”

此外，研究人員說，這種技術(shù)原則上可以提高電池的能量密度：通過使用固體電解質(zhì)，鋰電池的負(fù)極(目前是石墨層)可以用鋰金屬代替，這可以改善電池的特定性能量提高60%至70%。Yang和Zhai計(jì)劃接下來的工作是優(yōu)化復(fù)合電解質(zhì)的質(zhì)量，并將柔性固體電解質(zhì)與電池電極組裝在一起，構(gòu)建全鋰電池的原型。

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“這是一個(gè)聰明的主意，”耶魯大學(xué)化學(xué)助理教授王海亮說。“合理設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)確實(shí)有助于提高復(fù)合電解質(zhì)的性能。我認(rèn)為這是一種很有前景的方法。”