《科学家开发的“电池黄油 ”可以为固态电池提供急需的动力》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-05-25
  • 据外媒New Atlas报道,最近我们经常听到关于固态电池的消息,与传统电池相比,固态电池有一定的优势。虽然它们还不能完全满足日常使用,但一种新开发的类似黄油的物质可以帮助改变这种情况。通常情况下,锂离子电池由两个对立的电极(阳极和阴极)组成,由液体电解质隔开。锂离子通过液体电解液,在充电和放电周期中,锂离子在两个电极之间来回流动。

    但不幸的是,这种电解液往往对环境不友好,当电池损坏或被处理时,会对电池带来挑战。此外,它们相当易燃,因此会在被称为热失控的过热过程中点燃。固态电池试图通过用环保、不易燃的固体陶瓷电解液替代液体电解液来解决这些问题。但仍然存在一个问题,因为阳极和这种材料之间的界面可能会出现化学上的不稳定,限制了离子通过的速度。

    来自瑞典查尔莫斯理工大学和中国西安交通大学的研究人员正在尝试用他们的新型夹层浆料来解决这一缺陷。质地类似于 "冰箱里的黄油",这种物质被涂抹在金属锂阳极的表面,在它和固体电解质之间形成一个过渡层。它由电解质材料的纳米颗粒--一种称为LAGP的陶瓷--与离子液体组成。

    当添加到现有的固态电池中时,发现这种浆料能使电流密度增加10倍。“这种夹层使电池电芯的稳定性显著提高,因此能够承受更高的电流密度,”查尔莫斯理工大学的研究人员Shizhao Xiong说。“同样重要的是,在电池中的锂金属阳极上涂抹软质材料非常容易--就像在三明治上涂抹黄油一样。”

    有关这项研究的论文最近发表在《先进功能材料》杂志上。

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  • 《日本科学家开发新技术解决锂电池最大问题》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2021-03-23
    • 据Eurekaalert报道,来自日本的科研团队研发了一种新型电池负极材料,可使电池在超过1700次充放电循环后依然保持95%的容量,这款新材料可以使锂电池能够满负荷工作5年。 锂电池是大多数电子设备的动力来源,但它有一个重大缺陷。这种电池在一年后开始失去充满电的能力,并且随着时间的推移继续下降。电池储电能力退化限制了手机、平板电脑甚至部分电动汽车的使用寿命,在使用几年后就需要频繁连接电源充电器。导致电池储电能力退化的关键原因,就是广泛使用的石墨阳极(即电池负极)的退化。为了防止使用石墨时发生裂变,需要给石墨添加粘合剂。如今使用最广泛的粘合剂是PVDF(聚偏二氟乙烯),但它寿命并不长。 日本的北陆先端科学技术大学院大学的教授Noriyoshi Matsumi带领一个科学团队开发了一种由双亚氨基-萘醌-对亚苯基(BP)共聚物制造的新型粘合剂,并在实验过程中观察到了一些实质性的提升,主要是提升了在多次充电循环中保持容量的能力。 与传统的PVDF粘合剂相比,BP粘合剂可为负极提供更好的粘合性和机械稳定性。其次,BP共聚物相比PVD更具导电性,并可产生一个更薄、且电阻更小的导电固体电解质界面。同时BP共聚物不容易与电解质发生反应,大大避免降解。 “使用PVDF作为粘合剂的半电池在约500次充放电循环后仅剩原始容量的 65%,而使用BP共聚物作为粘合剂的半电池在经过1700次充放电循环后仍具有95%的容量。” Noriyoshi Matsumi教授介绍道。 从实验过程来看,BP粘合剂的显微图像显示,经过1700次循环后,只出现了微小裂纹,而PVDF粘合剂的显微图像则显示,仅经过500次循环后,就出现了较大裂纹。 这个研究实验和理论结果都将为设计耐用的锂离子电池提供新的方法,从而产生深远的环境和经济效应。“发明耐用电池将有助于开发出更可靠且可以长期使用的产品,从而鼓励消费者购买昂贵的电池产品,例如可长期使用的电动汽车。”Noriyoshi Matsumi教授说。
  • 《GS汤浅开发新型硅电极制造固态电池》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-11-21
    • 日本电池制造商GS汤浅正在提升其在动力电池领域的竞争实力。 外媒报道称,GS汤浅开发了一种硅金属电极,这种可以带来更高的能量密度和更长的使用寿命。与现有的锂电池相比,其能量密度可以增加两倍。 GS汤浅表示,这种极具前途的硅金属电极可以用于开发固态电池,为电动汽车提供三倍能源。现在需要进一步改善该材料的循环稳定性,计划在2025年在电动汽车电池中大规模使用硅金属电极。 金属硅拥有4200 mAh/g的理论容量,比锂离子电池高数倍。但由于硅金属在充电和放电过程中会发生相当大的体积膨胀,因此尚未大规模导入使用。 GS汤浅宣布,它已经提高了金属硅电极电池的库仑效率和循环性能, 主要方法是找到硅金属的最佳粒径和电极结构,以及使用多种不同的导电添加剂。 这改善了硅金属电极的电极可成形性,并且还显示出电极电导率的提高产生更好的放电性能。 此前,GS汤浅宣布与博世合作开发新型电池技术,研发出两倍于锂离子电池的能量密度且成本降低一半的新型电池,目标是在2020年投入市场。但由于博世在2018年宣布不会生产电芯,这使得该合作项目没有持续下去。 不过,GS汤浅的新型电池技术项目在日本找到了新的合作伙伴。 2018年,GS汤浅与丰田、松下、日产、本田等企业成立了一个产业联盟,在日本政府的帮助下开展下一代固态电池项目的开发研究,共同推进固态电池的产业化。 2019年夏天,丰田宣布将在2020年东京奥运会上亮相旗下的固态电池电动汽车,而GS汤浅正是丰田该项目的合作伙伴之一。 除了研发新型电池之外,GS汤浅也在扩充其动力电池产能,并将目光从亚洲转向欧洲市场。 日前, GS汤浅在欧洲大陆的第一家电池工厂正式竣工,即将进入生产阶段,向其欧洲汽车合作伙伴的混合动力和电动汽车供应锂离子电池。 该工厂是GS汤浅于2018年投资2900万欧元(约合人民币2.26亿元)在匈牙利米什科尔茨建造其第一家欧洲电池工厂,将有51名员工开始生产。该项目还获得了匈牙利政府4.65亿匈牙利福林(约合人民币1106万元)的资金补助。