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，電動汽車和電網(wǎng)級儲能。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)輸和存儲的電池能量密度。它們在制造可彎曲設(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?！拔覀兿嘈胚@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。

“這是一個聰明的主意，”耶魯大學(xué)化學(xué)助理教授王海亮說?！昂侠碓O(shè)計的結(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?！?/p>