鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1328次 | 2018年05月09日
新風(fēng)向:將納米線添入固態(tài)電解質(zhì),大大減少鋰離子電池易燃性
從手機(jī)、3C產(chǎn)品到電動(dòng)車(chē)或是大型儲(chǔ)能電廠,鋰離子電池可說(shuō)是無(wú)處不在,為當(dāng)今儲(chǔ)能技術(shù)主流,但安全性質(zhì)一直為人詬病,因此不少科學(xué)家試圖找出各式解決辦法。根據(jù)美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊《NanoLetters》,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)納米線(nanowires)不僅可降低鋰離子電池的易燃性,也可以增強(qiáng)電池性能。
離子透過(guò)電解質(zhì)在電極兩端移動(dòng),而傳統(tǒng)的電池電解質(zhì)是由鹽與有機(jī)溶劑制成,為最成熟、使用最廣泛的技術(shù)之一,但容易蒸發(fā)并可能引起火災(zāi),因此研究人員已將目光轉(zhuǎn)向固態(tài)電解質(zhì),并提出不少潛力選項(xiàng)。
其中聚合物電解質(zhì)(Polymerelectrolytes)為潛在生力軍,具有穩(wěn)定、便宜與可撓等優(yōu)點(diǎn),不過(guò)其同時(shí)存有較差的導(dǎo)電性與機(jī)械性質(zhì),還無(wú)法達(dá)成商業(yè)化。因此為提升該電解質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)力,科學(xué)家想要借由增加化合物排列來(lái)增強(qiáng)電解質(zhì)。
浙江工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)家陶新永及其團(tuán)隊(duì)便制造出硼酸鎂(Mg2B2O5)納米線,由于該材料具良好機(jī)械性能和導(dǎo)電性,還是一種無(wú)污染、低毒性的阻燃劑,可提升防火碳層的穩(wěn)定性,于是團(tuán)隊(duì)想將硼酸鎂納米線置于固態(tài)聚合物電解質(zhì)中,研究該材料特質(zhì)是否可為電池性能盡一分心力。
該團(tuán)隊(duì)將聚合物電解質(zhì)與分別與5%、10%、15%跟20%重量的硼酸鎂納米線混合,發(fā)現(xiàn)納米線可增強(qiáng)電解質(zhì)導(dǎo)電性,且與沒(méi)有加增納米線的電解質(zhì)相比,新型電解質(zhì)可承受更多應(yīng)力(stress),讓電極表面更穩(wěn)定。
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%
團(tuán)隊(duì)指出,離子流動(dòng)加速讓電池導(dǎo)電率進(jìn)一步提高,研究也發(fā)現(xiàn)該電解質(zhì)不具易燃性。團(tuán)隊(duì)實(shí)際將新型納米線電解質(zhì)與磷酸鐵鋰(LiFePO4)陰極與鋰陽(yáng)極組合后,與舊有的電解質(zhì)相比,倍率效能(rateperformance)和循環(huán)容量也更高,在溫度50°C、40°C與30°C跟0.2C放電倍率下,循環(huán)容量為150、106與50mAhg-1。
不過(guò)研究人員也表示,雖然納米線大大提升導(dǎo)電率與防火性,但仍無(wú)法在室溫穩(wěn)定運(yùn)作,距離商業(yè)化還有一段距離,尚需要再持續(xù)研究。