众所周知(zhī),移(yí)动(dòng)设(shè)备(bèi)近几年来在电(diàn)池续航问(wèn)题上进入了瓶颈期,各大(dà)锂电池厂家不得不通过增(zēng)大电池容量来解决这个问题,不过增大容量这(zhè)种(zhǒng)方案不(bú)是长久之(zhī)计,三星Note7的(de)爆炸无疑给整个锂电池产业劈头浇了一盆冷水。不过,有决心创新改变的研究人员(yuán)始终没有(yǒu)放弃,终于在最近发现(xiàn)了一(yī)种新的解决方案,那(nà)就是冷凝法,这种(zhǒng)方法,能保证锂(lǐ)电池(chí)安(ān)全的情况下提升续航能(néng)力,并且(qiě)可以弯曲,能够充(chōng)分适应为了可能(néng)出(chū)现的可弯(wān)曲移(yí)动设备(bèi)。
那么冷凝发到底是什么(me)?其实很简单,就是用(yòng)冰模板(bǎn)(ice-templating)垂直对齐电(diàn)池内固态(tài)电解(jiě)质(zhì)架(jià)构,增强导电性。这种新型电池的诞(dàn)生也(yě)正好为概念中的柔(róu)性智(zhì)能手机和平板电脑铺路。
眼下,市场上可重复充电的锂电池用(yòng)的(de)液(yè)体电解质(zhì)高(gāo)易燃性,极易造成(chéng)安全问题,去年 Note 7 事故(gù)元凶就是它。因此,哥伦比亚大学(xué)工程和应用科学学(xué)院(yuàn)决(jué)定尝试使用固体电解质来代(dài)替易燃的(de)液体(tǐ)电解质。
由于传统液(yè)体电解质极易燃(rán)烧,他们(men)使用冰模板让陶(táo)瓷固体电(diàn)解质呈现出(chū)垂直对齐的柱状架构(gòu),使(shǐ)用(yòng)陶瓷固体电解质(zhì)的电池(chí)明显更安全且导电性更强。这(zhè)种电(diàn)池的制作方(fāng)法也(yě)是很稀(xī)奇的,制作时(shí),先在底部加(jiā)入陶瓷颗粒并冷却水性溶(róng)液,随后让冰层生长,挤出一部分已结冰的水性(xìng)溶液,让陶瓷(cí)颗粒在电池中成为主流。最后,营(yíng)造一个真空环(huán)境让冰升华为汽态,这样就完成了(le)搭建(jiàn)垂直对齐架构。搞定(dìng)垂直对(duì)齐(qí)架构后,需要与聚合物(wù)相结合(hé),后者是一种由(yóu)许多重复子单元组成(chéng)的(de)大分子,这样(yàng)就能为电解(jiě)质提供机械支撑并更富有柔韧(rèn)性。
哥大材料科学(xué)和工(gōng)程(chéng)学助理教授Yuan Yang提到过(guò),柔性固(gù)态锂电无论是在移动设备上(shàng)还是电动(dòng)车上,都能一劳永逸的解决安(ān)全问题,同时还能增加能量密度(dù)。 在之前的(de)实验(yàn)中,研究(jiū)员用了一种该解决(jué)方案的(de)变种。他们在聚合物电解质中(zhōng)用(yòng)了随机分散陶瓷粒子,此外还尝试类(lèi)纤维的陶瓷电解质,不(bú)过这些方案(àn)都(dōu)无法实现垂(chuí)直对齐。
在之前的实验中,研究员用了一种该解决方案(àn)的变种(zhǒng)。他们在聚(jù)合物电解质中(zhōng)用了随(suí)机(jī)分(fèn)散陶瓷粒(lì)子(zǐ),此外(wài)还尝试(shì)类纤维的陶(táo)瓷电解质,不过这些方案都无法实现(xiàn)垂直对(duì)齐。研究报告的(de)主笔Haowei Zhai 说:“当时我们认为(wéi)只要结合陶瓷电解质(zhì)垂直(zhí)对齐架构(gòu)与聚合物电解质,就能让(ràng)锂离(lí)子开上快车道并增强电池的导电性。”他还提到,他们相信这是(shì)业内首次使用冰模板(bǎn)制造柔性固(gù)体电解质(zhì),新的电解质不但安全可靠,而且无毒无害(hài)。新的方(fāng)案最佳化了(le)锂离子的(de)导电(diàn)效能,为下(xià)一代充电电池的开发开启了一扇窗。换用固(gù)体电解后,原本锂电池负极使用的石墨层就(jiù)能换(huàn)成(chéng)锂金属(shǔ)了,此举能提(tí)升 60~70% 电池能量(liàng)。
目(mù)前(qián),该(gāi)团队准(zhǔn)备最佳化电解质结(jié)合的品(pǐn)质并(bìng)试装出(chū)这种新型电池(chí),使今后(hòu)的锂(lǐ)电池安全续(xù)航(háng)能力越来越(yuè)强。