鉅大LARGE | 點擊量：1774次 | 2018年04月28日
美國科學(xué)家用自愈技術(shù)打造更“長壽”的鋰離子電池
美國伊利諾伊大學(xué)(UniversityofIllinois；UI)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種可將自愈技術(shù)應(yīng)用在鋰離子電池的方法，可望打造出可靠且更長效的電池。
研究人員開發(fā)出一種新的電池，電池的負(fù)電側(cè)使用硅納米顆粒復(fù)合材料，并以一種新穎的方式將復(fù)合材料結(jié)合在一起——這是含硅的電池固有的問題。
伊利諾伊大學(xué)材料科學(xué)與工程教授NancySottos以及特種工程教授ScottWhite帶領(lǐng)研究團(tuán)隊進(jìn)行這項研究，并在《先進(jìn)能源材料》(AdvancedEnergyMaterials)期刊上發(fā)表相關(guān)研究報告。
美國伊利諾伊大學(xué)材料科學(xué)與工程教授NancySottos與特種工程教授ScottWhite帶領(lǐng)研究團(tuán)隊，開發(fā)出可用于電池陽極的硅納米顆粒復(fù)合材料，可望用于打造更可靠且長效的電池。
“對于自愈材料的研究來說，這項研究工作相當(dāng)新，因為它能應(yīng)用在儲存能量的材料上，”White說，“這是一種完全不同類型的目標(biāo)。除了恢復(fù)結(jié)構(gòu)性能，還具有愈合儲存能量的能力?！?/p>
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
為便攜設(shè)備供電或電動車用的鋰離子電池內(nèi)部，帶負(fù)電荷的電極或陽極通常是由石墨顆粒復(fù)合材料制造而成。這些電池的使用成效不錯，但需要很長時間才能上電，而且隨著時間的進(jìn)展，充電持續(xù)時間就會變得無法和新電池時一樣了。
Sottos說：“硅具有相當(dāng)高的容量，而如此的高容量讓你得以從電池中取得更多能源，不過，由于電池的周期及其自粉化作用，也會經(jīng)歷大量的膨脹過程?！?/p>
過去的研究發(fā)現(xiàn)，由納米尺寸的硅顆粒制造成的電池陽極不太可能分解，而是存在其他問題。
White說：“電池持續(xù)地進(jìn)行充放電，經(jīng)過一次、二次、三次到最終容量損耗，這是因為硅顆粒開始脫離粘合劑?！?/p>
為了解決這個問題，研究團(tuán)隊藉由賦予其自行修復(fù)的能力，進(jìn)一步完善了硅陽極。這種自愈現(xiàn)象是經(jīng)由硅納米顆粒和聚合物粘合劑之間連接的可逆化學(xué)鍵合而發(fā)生的。
“這種動態(tài)重新鍵合過程基本上是將硅顆粒和聚合物粘合劑保存在一起，大幅改善了電極的長期性能，”Sottos說。
研究人員針對未使用可逆化學(xué)鍵合的新電池進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)即使是經(jīng)過400次充電周期后仍能保持80%的初始容量。
這些電池還具有更高的能量密度，這意味著它們比相同尺寸的石墨-陽極電池儲存更多的電力。
“能量密度越高越好。另一個選擇是增加更多的電池，但這也增加了許多重量，特別是電動車正面臨這樣的問題，”Sottos說。
研究人員表示，未來的研究將包括研究這種自愈技術(shù)如何與固態(tài)電池搭配運(yùn)作。近來多起由于鋰離子電池液體引發(fā)自燃甚至爆炸的意外，正敦促著科學(xué)家們朝此方向進(jìn)行研究。
這項研究計劃由美國能源部(DoE)科學(xué)、基礎(chǔ)能源科學(xué)辦公室資助的先進(jìn)能源研究中心——電化學(xué)能源科學(xué)中心(CenterforElectrochemicalEnergyScience)贊助。
