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(xiàng)特別有前途的技術(shù)冬是固態(tài)電池。
在固態(tài)電池中,通常在電極之間來回?cái)y帶電荷的液體電解質(zhì)被一層固體電解質(zhì)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(shí)際上還可以消除與現(xiàn)在的鋰離子電池相關(guān)的火災(zāi)隱患。
然而,固態(tài)電池的發(fā)展也在研發(fā)過程中遇到了關(guān)鍵瓶頸,即固態(tài)電解質(zhì)層和兩側(cè)兩個(gè)電極之間的邊界不穩(wěn)定會(huì)極大地縮短電池的使用壽命。盡管一些研究已經(jīng)使用特殊的涂層來改善層間的結(jié)合,但這增加了制造過程中額外涂層步驟的費(fèi)用。
近期,麻省理工學(xué)院(MIT)和布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)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(dá)到與涂層表面相同或超過其耐久性的效果。
據(jù)了解,新方法只需要在一個(gè)關(guān)鍵的制造步驟(稱為燒結(jié))中消除存在的任何二氧化碳,在這個(gè)步驟中,電池材料被加熱,以在陰極和電解質(zhì)層之間建立結(jié)合,而電解質(zhì)層是由陶瓷化合物制成的。
盡管空氣中存在的二氧化碳數(shù)量微乎其微(以百萬分之幾計(jì)算),但它的影響卻是巨大而有害的。研究人員說,在純氧中進(jìn)行燒結(jié)步驟,可以創(chuàng)造出與最好的涂層表面性能相匹配的結(jié)合物,而無需額外的涂層成本。
上述研究成果已于近期發(fā)表在《先進(jìn)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(tài)電池一直很受歡迎。推動(dòng)固體電池發(fā)展的關(guān)鍵因素是它們更安全,能量密度更高。但有兩個(gè)因素阻礙了它們的大規(guī)模商業(yè)化,即固體電解質(zhì)的低導(dǎo)電性和界面不穩(wěn)定性問題?!?/p>
導(dǎo)電問題已經(jīng)得到有效解決,合理的高導(dǎo)電材料已經(jīng)被證明。但要克服界面上出現(xiàn)的不穩(wěn)定因素,難度要大得多。這些不穩(wěn)定性在電池的制造和電化學(xué)操作過程中都可能發(fā)生,但目前研究人員主要關(guān)注電池的制造,特別是燒結(jié)過程。
研究人員通過實(shí)驗(yàn)證明,避免二氧化碳,特別是在燒結(jié)過程中保持純氧氣氛,可以在高達(dá)700度的溫度下產(chǎn)生非常好的結(jié)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(zhì)界面的性能“與我們在文獻(xiàn)中看到的最佳界面電阻相當(dāng)”,但那些都是通過額外的涂覆步驟實(shí)現(xiàn)的。
研究人員還稱,這些新發(fā)現(xiàn)可能會(huì)迅速應(yīng)用于電池生產(chǎn)?!拔覀兲岢龅氖且粋€(gè)相對(duì)簡單的制造電池的過程。在制造過程中不會(huì)增加太多的能量損耗。因此,我們相信它可以相對(duì)容易地應(yīng)用到制造過程中,而且我們計(jì)算出的附加成本應(yīng)該是可以忽略不計(jì)的?!?/p>
事實(shí)上,像豐田這樣的大公司已經(jīng)開始將早期版本的固態(tài)鋰離子電池商業(yè)化,這些新發(fā)現(xiàn)可以迅速幫助這些公司提高這項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和耐久性。
(文章來源:財(cái)聯(lián)社)
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