哥倫比亞工程公司材料科學(xué)與工程助理教授袁洋開(kāi)發(fā)了一種新方法，可以使鋰電池更安全，電池壽命更長(zhǎng)，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(wèn)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(lái)制造全固態(tài)鋰電池的想法。他們有興趣使用冰模板來(lái)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(zhǎng)并推開(kāi)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(wèn)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(shuō)，他的研究小組專注于電化學(xué)能量?jī)?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(lái)，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(shuō)。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(wú)毒的柔性固體電解質(zhì)。這開(kāi)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(shuō)，這種技術(shù)原則上可以提高電池的能量密度：通過(guò)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(lái)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。

“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(shuō)。“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。”