人们不会对电池提出太多要求：在需要时提供能量，并且只要需要就能提供能量，快速充电并且不会燃烧。
2016年手机火灾引发消费者对锂离子电池的信心，这种技术有助于引领现代便携式电子产品，但自20世纪80年代推出以来一直受到安全问题的困扰。随着对电动汽车兴趣的加剧，研究人员和业内人士正在寻求改进的可充电电池技术，该技术可以安全可靠地为汽车，自动驾驶汽车，机器人和其他下一代设备提供动力。
康奈尔大学的新研究推进了固态电池的设计，这种技术本质上比现在的锂离子电池更安全，能量更密集，锂离子电池依靠易燃液体电解质将分子键中储存的化学能快速转移到电能中。通过从液体电解质开始，然后将它们转化为电化学电池内的固体聚合物，研究人员利用液体和固体特性来克服当前电池设计中的关键限制。
“想象一下装满冰块的玻璃杯：有些冰块会与玻璃接触，但也有间隙，”研究的博士后研究员兼着作人赵青说，“具有内置快速界面的固态聚合物电解质二次锂电池的运输，“3月11日在Nature Energy上发表。
“但如果你用水填充玻璃并将其冷冻，接口将被完全涂覆，并且你会在玻璃的固体表面和液体内容物之间建立牢固的连接，”Qing说。“电池中的这种相同的一般概念有助于在电池电极的固体表面上向电解质的高离子转移速率，而不需要可燃液体来操作。”
关键的见解是引入能够在电化学电池内引发聚合的特殊分子，而不损害电池的其他功能。如果电解质是环醚，则可以设计引发剂以撕开环，产生结合在一起的反应性单体链，以产生具有与醚基本相同的化学性质的长链状分子。这种现在坚固的聚合物保留了金属界面处的紧密连接，就像玻璃内的冰一样。
除了提高电池安全性之外，固态电解质还有利于使用金属(包括锂和铝)作为阳极的下一代电池实现比现有技术水平更高的能量存储。电池技术。在这种情况下，固态电解质防止金属形成枝晶，这种现象会使电池短路并导致过热和失效。
尽管固态电池具有明显的优势，但是工业上大规模生产它们的尝试却遇到了挫折。制造成本很高，并且先前设计的差的界面特性存在显着的技术障碍。固态系统还通过提供热变化的稳定性来避免电池冷却的需要。
“我们的研究结果为创造可用于各种应用的实用固态电池开辟了一条全新的途径，”资深作者，史密斯化学与生物分子学院James A. Friend家族杰出工程教授Lynden Archer说。工程。
根据Archer的说法，用于制造固体聚合物电解质的新原位策略特别令人兴奋，因为它有望延长高能量密度可充电金属电池的循环寿命和充电能力。
“我们的方法适用于今天的锂离子技术，使其更安全，但为未来的电池技术提供了机会，”Archer说。
其他作者是博士生Xiaotun Liu和Sanjuna Stalin，以及Kasim Khan '20。该研究得到了能源部基础能源科学计划的支持，并得到了国家科学基金会的资助。
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！