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2017年5月5日 星期五

Life Cycle of a Lithium battery pack, how many cycles should it last?



leiphone 作者:大壮旅





锂电池到底怎么才能又安全又强续航?这次研究人员用上了“冰”

行動設備近些年來,在續航上遇到了瓶頸,各家廠商不得不透過增大電池容量來解決,不過這種方案也有問題,Note 7 的燃損事故就給整個行業劈頭澆了一盆冷水。

不過,尋求變革的研究人員並沒有放棄,最近就有人開發了一種新的解決方案——冷凝法。它能在保證鋰電池安全的情況下提升續航,而且可以彎折,適應未來的可彎折手機。

該解決方案用冰模板(ice-templating)垂直對齊了電池內固態電解質的結構,增強了導電性。這種新型電池的誕生也正好為概念中的柔性智慧機(如三星 Galaxy X)和平板鋪了路。

眼下,市場上可重複充電的鋰電池,用到的液體電解質高度易燃,極易造成安全問題,而去年的 Note 7 燃損事故的元兇就是它。因此,哥倫比亞大學工程和應用科學學院就決定,嘗試使用固體電解質,來替換易燃的液體電解質。
锂电池到底怎么才能又安全又强续航?这次研究人员用上了“冰”
傳統液體電解質極易燃燒


他們使用冰模板,讓陶瓷固體電解質,呈現出垂直對齊的柱狀結構,而使用陶瓷固體電解質的電池,明顯更安全,而且導電性更強。

小編注意到,這種電池的製作方法也很新奇,研究人員先是在底部加入陶瓷顆粒,並冷卻水性溶液,隨後讓冰層生長,擠出一部分已經結冰的水性溶液,讓陶瓷顆粒在電池中成為主流。最後,營造一個真空環境讓冰昇華為汽態,這樣就完成了垂直對齊結構的搭建。

搞定垂直對齊結構後,需要將它與聚合物相結合,後者是一種由許多重複子單元組成的大分子,這樣就能為電解質提供機械支撐,並讓它更富有柔韌性。

锂电池到底怎么才能又安全又强续航?这次研究人员用上了“冰”
垂直對齊結構

「無論對於行動設備還是電動車,柔性固態鋰電池,都能一勞永逸的解決安全問題,同時它們還能增加電池的能量密度。」Yuan Yang 博士說道,他是哥大材料科學和工程學助理教授,同時也是該團隊的領導。

在此前的實驗中,研究人員用了一種該解決方案的變種。他們在聚合物電解質中,用到了隨機分散陶瓷粒子,此外還嘗試了類纖維的陶瓷電解質,不過這些方案都無法實現垂直對齊。

「當時我們認為,只要將陶瓷電解質垂直對齊結構,與聚合物電解質相結合,就能讓鋰離子駛上快車道,並增強電池的導電性。」Haowei Zhai 說道,他是研究報告的主筆,也是 Yuan Yang 博士的學生。

「我們相信這是業內首次使用冰模板,製造柔性固體電解質,新的電解質不但安全可靠,而且無毒無害。新的方案優化了鋰離子的導電性能,為下一代充電電池的開發打開了一扇窗。」Haowei Zhai 說道。

換用固體電解之後,原本鋰電池負極使用的石墨層,就能換成鋰金屬了,此舉能將電池能量提升 60%-70%。

下一步,該團隊準備優化電解質結合的品質,並試裝出這種新型電池。

Via. DailyMail

                                                                                                                                                                                                                 

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