众所周知,移动设备(bèi)近几年来在电池续航问题上进入了瓶颈期,各大锂电(diàn)池厂家不得不通过增大电池容量来解决(jué)这个问题,不(bú)过增大容量这种方案不是长久之计,三(sān)星Note7的爆炸无疑给整(zhěng)个锂电池产业劈头浇了一盆冷水。不(bú)过,有(yǒu)决心创新改变的研(yán)究人员始终没有放弃(qì),终于在最近发现了一种新的(de)解决方案,那(nà)就是(shì)冷凝法,这种方法(fǎ),能保证锂(lǐ)电池安全的情况下提升续航能力,并且可以弯曲,能够(gòu)充分适应为了可能出现的可弯曲移动设(shè)备。
那(nà)么冷凝发到底是什(shí)么?其实很简单,就是用冰模板(ice-templating)垂(chuí)直对齐(qí)电池内固态(tài)电解质架构,增强(qiáng)导电性。这种新型电池(chí)的诞(dàn)生也正好(hǎo)为概念中的柔性(xìng)智能手机和平板电脑铺路。
眼下,市场上可重复(fù)充电的锂(lǐ)电池(chí)用的液体电(diàn)解质高易燃性(xìng),极易造成安全问题,去年 Note 7 事故元(yuán)凶就是它(tā)。因此,哥(gē)伦(lún)比亚大学工程和应用(yòng)科学学院(yuàn)决定尝试使(shǐ)用固体电解(jiě)质来代替易燃的液体电解质。
由(yóu)于传统液体(tǐ)电解质(zhì)极易燃烧,他们(men)使用冰模板让(ràng)陶瓷固体电解质呈现出垂直对齐的柱状架构(gòu),使用陶瓷固体电解质的电(diàn)池明显更安全且导(dǎo)电性更强(qiáng)。这种电(diàn)池的(de)制(zhì)作方(fāng)法也是很稀奇的,制作时,先在底部(bù)加入陶瓷颗粒并冷(lěng)却水(shuǐ)性溶(róng)液,随后(hòu)让冰层生长,挤(jǐ)出一部分(fèn)已结冰的水性溶(róng)液,让陶(táo)瓷颗粒(lì)在电池中成(chéng)为主流(liú)。最后,营造一个真空(kōng)环境让冰升华为汽态(tài),这样就完成了搭建垂直对齐架构。搞定垂直对齐架构后,需要与聚合物相结合,后者是一种由许多重复子单(dān)元组(zǔ)成的大(dà)分子,这样(yàng)就(jiù)能为电解质提供机械支撑并更富有柔韧性(xìng)。
哥大材料(liào)科学(xué)和工(gōng)程(chéng)学助理教授(shòu)Yuan Yang提到过,柔性固态锂电无论(lùn)是在移动设备上还是电动车上,都能一(yī)劳永逸的(de)解决安(ān)全问题,同(tóng)时还(hái)能增加能量密(mì)度(dù)。 在之前的(de)实验中,研(yán)究员用了一种该(gāi)解决方案的变种。他(tā)们在聚合物电(diàn)解质中(zhōng)用了随机分散陶瓷粒子,此(cǐ)外还尝试类纤维(wéi)的(de)陶(táo)瓷电(diàn)解质,不过这些(xiē)方(fāng)案(àn)都(dōu)无法实(shí)现垂直对齐。
在之前的实验中,研究(jiū)员(yuán)用了一(yī)种该(gāi)解决方案(àn)的变种。他(tā)们(men)在聚合(hé)物(wù)电解(jiě)质(zhì)中用(yòng)了随机分散陶瓷粒子(zǐ),此外还尝试类纤维的陶瓷电解质,不(bú)过这些方(fāng)案都(dōu)无法(fǎ)实(shí)现垂直对齐。研(yán)究报告的主笔Haowei Zhai 说:“当时我们认为只要(yào)结合陶瓷电解质垂直对齐架构与聚合物电(diàn)解质,就能(néng)让(ràng)锂离子开上快车道并增(zēng)强电池的导(dǎo)电性。”他还提(tí)到,他们相信这是业内首次使用冰模板制(zhì)造柔性固(gù)体电解质,新的电解质不但(dàn)安全可靠,而且无毒(dú)无(wú)害。新的(de)方(fāng)案最(zuì)佳化了锂离子的(de)导电效能(néng),为下一代充(chōng)电电池的开发开(kāi)启了一(yī)扇窗。换用固体电解后(hòu),原本锂电(diàn)池负极使用(yòng)的(de)石墨层就能换成锂(lǐ)金属了,此举能提升 60~70% 电池能(néng)量。
目前,该团队准备(bèi)最佳化电解质结合的品质并试装出(chū)这种新(xīn)型电(diàn)池(chí),使今(jīn)后的锂电池(chí)安(ān)全续航(háng)能力(lì)越来越强(qiáng)。