鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2019年04月08日
鋰離子電池的安全問題
傳統的電解液鋰電池,面臨著燃燒,爆炸等諸多安全隱患。蘇黎世聯邦理工學院的研究人員,開發了一種完全由固體材料組成的鋰離子電池,不含任何液體或者膠體。即使在高溫下,這種電池不會引起燃燒,安全性比傳統電池更佳。同時,它也帶來一種嶄新的電池設計形式。
鋰離子電池的安全問題
鋰離子電池,已成為諸多智能硬件和移動電子設備的能量來源,例如:智能手機,可穿戴設備,平板電腦,電動自行車,電動汽車等等。但是,由于鋰離子電池的電解液,為可燃性液體,在高溫條件下,可能引起燃燒,甚至發生爆炸。
關于,鋰電池的安全事故,特別是引起的爆炸事故,已有很多案例。比如,在生產領域,生產鋰電池的工廠發生起火或者爆炸。然而,在消費者領域,案例則更多,特斯拉電動車自燃,小米移動電源爆炸,蘋果三星手機充電時爆炸,消費者使用電子煙發生爆炸,聯想和尼康由于鋰電池問題發生召回。
傳統鋰電池安全事故頻發新型固態電池安全性更佳
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傳統鋰電池燃燒爆炸的主要原因
在傳統的鋰離子電池,和大多數其他類型的電池中,正負極兩個電極,由固態導電的化合物組成,然而這些電極之間的卻是液體或者膠體的電解質,電荷在其中移動。如果,充電方式不正確(過量充電),或者放在陽光下暴曬,液體可能會被點燃,膠體則會發生膨脹。由于傳統鋰電池的電解液為有機液體,在高溫下發生副反應,氧化分解,產生氣體,發生燃燒的傾向都會加劇,所以引起爆炸。
解決鋰電池這些安全隱患,除了在生產設計方面加以改進,提供保護電路和保護解決方案,還有就是使用時注意正確的方法,避免可能引起事故的情況。另外,尋找傳統液體電解液鋰電池的替代產品,即固態鋰電池,也是一個很好的解決方案。
固態電池耐高溫不易燃
然而,固態電池卻沒有這種情況。在固態電池中,所有電極和其間的電解質都由固體物質制成。蘇黎世聯邦理工學院電化學材料專業教授,這種新型電池開發的領導者JenniferRupp,認為:“固體電極,即使被加熱到很高溫度,或者暴露在空氣中,也不會著火。”
固態電池面臨的挑戰
然而固態電池的開發,面臨著許多挑戰,其中一個便是:提供連接電極和電解的接口,使得電荷流通時的電阻盡可能小。
研究人員的應對方案
目前,研究人員開發了一種改良的電極和電解質之間的接口。在實驗室中,他們構建了一種三明治一樣的電池,中間是一層含有鋰的化合物(鋰石榴石),作為兩個電極之間的固態電解質。鋰石榴石是一種對于鋰離子具有最強導向性的材料。
傳統鋰電池安全事故頻發新型固態電池安全性更佳
根據Rupp研究小組的研究生,研究的其中一位作者,JanvandenBroek的說法:生產過程中,研究人員確保固態電解質層具有多孔表面,然后以一種粘性的形式應用負極材料,讓它可以滲入孔中。
最后,研究人員將電池溫度調到100攝氏度。在液體或者膠體電解液中,根本不可能加熱到這個溫度。由于孔的功能,研究人員顯著地擴大了負極和固態電解質之間的接觸面積,最終使得電池充電速度更快。
此款固態電池的優勢和應用
關于這種固態電池優點,Rupp和其研究小組中之前的科學家,土耳其伊茲密爾技術研究所教授SemihAfyon,進行了一些評論。
高溫條件下性能好
通過這種方法制造的電池,理論上可以在標準的環境溫度下工作,但是,在目前的研發狀態下,他們最佳的工作溫度在95攝氏度以上。這樣,鋰離子可以在電池中更好的流動。
這種特性,可以用于蓄電池儲能發電機。它可以存儲過剩能量,然后需要時再釋放。如今,很多工業流程都會產生過剩熱量,通過將這種蓄電池發電機和工業設施相結合,可以在理想的溫度下,將浪費的熱能存儲到蓄電池中。
新型薄膜電池
由于電解質的“固態”,人們不僅可以在更高的溫度下運行電池,還可以構建薄膜電池,直接放置在硅芯片上。這些薄膜電池,厚度小,可彎曲,制造工藝簡單,成本更低,效率更高,將徹底改變便攜式移動設備的能量存儲方式。
此項研究的意義
如今,許多的固態電池研究項目,集中于提高電解質性能。然而,很少有像這項研究這樣,制造了“完全固態”的電池,并且使用工業化生產中使用的辦法,進行了測試。
在這項研究中,研究人員首次,通過鋰石榴石電解質和基于氧化物材料的固態負極,構造了完整的鋰離子電池。這樣,他們展示了利用鋰石榴石,構建整個電池的可行性。
未來展望
固態電池,具有高效能,輕薄且柔性好,安全性好等等優勢。Rupp和她的團隊,將在未來的研究中進一步構建薄膜電池。
最后,他們將也和保羅謝勒研究所,以及瑞士聯邦材料測試和研究實驗室,緊密合作。下一步的重要任務,就是進一步提高電極和電解質接口的導電性,對電池性能進行優化。
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