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科學家研發新型柔性鋰離子電池 可被切割但不會起火

   日期:2019-11-13     來源:蓋世汽車    評論:0       [ 進入汽車材料社區 ] [ 汽車材料館 ]
核心提示:據外媒報道,美國約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)的一組研究人員設計了一種柔性鋰離子電池,即使在被切割、被浸沒、被模擬彈道撞擊等極端條件下,該電池都可正常工作,而且現在,該電池還不會著火。
   【中國汽車材料網】據外媒報道,美國約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室(Johns Hopkins APPlied Physics Laboratory)的一組研究人員設計了一種柔性鋰離子電池,即使在被切割、被浸沒、被模擬彈道撞擊等極端條件下,該電池都可正常工作,而且現在,該電池還不會著火。
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  目前的鋰離子電池都由易燃和可燃材料制成,很容易發生災難性的火災和爆炸事件,其中大多數是沒有任何可辨別的警告就突然發生了。由于具備危險性,三星Galaxy Note7手機就被禁止在飛機上使用,海軍也禁止在船上和潛艇上使用電子煙,以減輕此類易燃設備的危險性。
  
  而隨著此類電池已經逐漸成為便攜式電子設備、電動汽車和電網存儲等應用的首選儲能工具,因而能夠提升其安全性將標志著鋰離子電池生產和使用方式的重大轉變。
  
  最近,在《化學通訊》雜志上,由APL研究和探索開發部的Konstantinos Gerasopoulos領導的研究小組公布了發現:一種新型water-in-salt(WiS)和water-in-bisalt(WiBS)電解質,當與聚合物基質合并,可以減少水的活動,提高電池的能量,延長其生命周期,同時消除目前鋰離子電池中易燃、有毒、高活性的溶劑。研究人員表示,該種電解質是一種安全、強大的替代品。
  
  APL高級研究科學家兼首席研究員Gerasopoulos表示:“從手機到汽車,鋰離子電池已經成為日常生活中的常見品,繼續提高其安全性對進一步促進儲能技術的發展至關重要。自20世紀90年代初期,鋰離子電池實現商業化以來,其形狀因數都沒有發生太大的變化,我們還是采用相同的圓柱形或菱形電池芯,其中的液體電解質和所需的密封包裝與此種形狀有莫大的關系。”
  
  “我們研究小組致力于采用一種安全性和形狀因數都得到改進的聚合物替代易燃的液體電解質,而且最近的論文表示,基于水的柔性聚合物鋰離子電池可以在露天環境下制造和操作,而且其可用性和性能都得到了改善。”
  
  在新研究中,團隊克服了液態WiBS電解質的限制。由于存在水,液態WiBS電解質本質上是安全的,但是其能量有限,與大多數商用陽極材料無法兼容。研究人員研發了“穩定的、基于WiBS的水性凝膠聚合物電解質(GPES)。在WiBS存在的情況下,研究人員通過UV介導,聚合水溶性丙烯酸酯從而制成此種電解質。”
  
  科學家們證明,UV固化工藝以及在聚合物中集成WiBS可改善游離水的滯留性,而滯留性將由該聚合物負責協調,從而可以提升其電化學穩定性。研究人員表示:“我們首次證明,目前市場上廣泛使用的低成本陽極納米級鈦酸鋰(Li4Ti5O12,LTO)可用于水性聚合物鋰離子電池,而且能夠可靠地循環100多次。”
  
  2017年,研究人員曾研發出具突破性的柔性電池,此次研發的新型聚合物電解質進一步提升了此種電池的損傷容限。
  
  Gerasopoulos表示:“第一代柔性電池在尺寸上不如我們現在制造的電池那樣穩定。我們研發的UV固化聚合物是一種獨立、機械強度高的薄膜,類似于隱形眼鏡。此類電池就算完全暴露在空氣中,都可以連續工作幾天。而且可以燒、切割它們,或者以其他方式對它們施加壓力,它們也仍然可以工作。”
  
  “我們成功提高了GPE的機械強度和電化學穩定性,能夠將此種新型過飽和水凝膠聚合物電解質(GPE)從概念驗證過渡至實際應用。”
  
  APL材料科學項目區域主管Jeff Maranchi表示:“我們的團隊在不斷提高柔性鋰離子電池的安全性和性能,而且我們希望在一年內能夠將該新研究轉變成原型。”
 
 
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