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明轮效应或将提升固态电池的安全性和循环效率

时间:2020-06-25来源:新能源有哪些 作者:北汽新能源点击:
(原图:阿尔贡官方网站) 随着智能手机、笔记本电脑、汽车和电网的发展,对电池储能的需求不断增加。固态电池因其更高的安全性和更长的使用寿命被认为是下一代最有前途的技术之一。据国外媒体报道,作为美国能源部阿尔贡国家实验室指南的能源创新中心,储能研

(原图:阿尔贡官方网站)

随着智能手机、笔记本电脑、汽车和电网的发展,对电池储能的需求不断增加。固态电池因其更高的安全性和更长的使用寿命被认为是下一代最有前途的技术之一。据国外媒体报道,作为美国能源部阿尔贡国家实验室指南的能源创新中心,储能研究与集成中心(JCESR)在固态电池方面取得了巨大进展。固态电池面临的主要挑战之一是如何提高锂离子在固体电解质中的扩散速率。因为它的扩散速率通常比锂离子电池的传统液态有机电解质慢。

加拿大滑铁卢大学的第一位教授Linda Nazar是JCESR团队的成员之一。纳扎尔和他的博士后研究助理张志真展示了叶轮效应的过程,即原子的协同活动,如何促进固态电池中锂离子的流动。纳扎尔认为,固态电池使用固体电解质代替普通的液态有机电解质,有望成为锂离子电池的替代品。纳扎尔说:“它们有潜力成为更安全、更耐用的电池,并能提供更高的能量密度,这对于各种电化学储能应用非常重要,如汽车、机器人、无人机等。固体电解质作为固态电池最重要的组成部分,在很大程度上决定了电池的安全性和稳定性。”

对于目前的锂离子电池,热失控可能导致火灾和爆炸。考虑到这些危险的特性,JCESR测试使用固体电解质代替电池内的液体有机电解质。一些固体电解质的离子电导率通常比液体有机电解质的离子电导率高,这就是为什么它们引起了很多关注。与此同时,JCESR正在探索一种能显著加速离子扩散的现象:在固体电解质框架中,通常稳定的阴离子将经历扭转活动,这将有助于驱动锂阳离子。纳扎尔说:“事实上,构成固体框架的阴离子‘积木’并不是静止不动的,而是在转变过程中。我们的研究表明,在一个坚实的框架内,负离子动力学可以促进锂离子的运动。即使在室温下,阴离子动态混响也可以通过调节框架“启动”,并通过亮轮效应与阳离子扩散强烈耦合。这在某种程度上类似于具有多种工艺的扭曲门。”

尽管新型固体电解质的研究仍处于发展阶段,但相关进展令人鼓舞。JCESR的主管乔治克拉布特里(George Crabtree)表示,这一突破将显著提高锂离子电池的安全性和装饰性,或者改变游戏的定义。克拉布特里说:“如果能找到一种固体电解质来保证锂离子快速移动,它将取代液态有机电解质,并立即使电池脱离热失控反应,这是目前锂离子电池着火的主要原因。就安全优势而言,这种电解质将在手机、笔记本电脑、录像机、汽车和电网领域拥有广阔的市场。”

整个JCESR团队都在等待固态电池。密歇根大学和麻省理工学院的其他合作伙伴也在讨论固体电解质和“明轮效应”。克拉布特里说,固态电池是工业中最有前途和最受欢迎的进步之一。克拉布特里说:“JCESR在原子和分子水平上理解电池行为的起源方面取得了进展。根据这些常识,我们可以从零开始,一个原子一个分子地建造新能源汽车杂志和电池,这样每个原子和分子就可以在建造政策电池的过程中发挥特定的影响。明亮的轮子效果就是一个例子。这项研究是固体电解质研究的前沿,我们希望将这一常识应用于贸易。”

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