用橡胶制作电解质?美科学家有望打造更安全持久锂电池

我们都知道橡胶是绝缘体,基本上不会是锂离子电池的理想电解质材料,不过美国乔治亚理工学院打破众人的印象,研发出高导电度的橡胶材料,利用这种弹性电解质,有望打造更安全、续航里程更长电动汽车电池。

锂离子电池引起多种技术的革命,为人们带来翻天覆地的改变,小至大从智能手机、笔记本、电动汽车到电池储能系统,不过锂离子电池还有一些改进空间,好比电池损坏或是过热时,其中的液态电解质可能会带来起火或爆炸风险。

既然液态电解质可能伴随祝融风险,那么固态电解质有解吗?确实可以,由过去经验已知固态电解质可有效降低起火风险,但也会带来其他挑战,由陶瓷材料制成的固态电解质稍嫌“脆弱”,电解质与电极之间的接口不完整也会降低锂离子的导电度。

因此美国乔治亚大学团队认为,橡胶等弹性材质可以解决这上述两个问题。不过有鉴于橡胶的绝缘特性,团队在橡胶嵌入具导电特性的丁二腈(succinonitrile),橡胶则负责提供弹性的3D支架,让电解质能与电极维持平滑的接口,同时也可以防止锂晶枝生长。

在团队测试中,采用新型电解质的锂离子电池在室温下能以4.5 V电压运行,容量为93 mAh g-1,1,000次循环后容量几乎没有衰减,在充放电100次循环后也没有形成枝晶。不过这当然还有进步空间,团队正努力提高循环次数和离子电导率,最终为电动汽车带来更安全、更持久的电池。

主要作者Michael Lee表示,离子电导度愈高代表会有愈多离子移动,通过增加电池比能量和能量密度,可以进一步延长电动汽车的续航里程。

作为知名电动汽车创新中心,乔治亚大学也正与韩国SK Innovation合作,SK Innovation正在资助电解质材料研究,以制造比传统锂离子电池更安全、能量密度更高的下一代固态电池,SK Innovation最近也宣布在乔治亚州康默斯构建电池工厂,预计2023年锂离子电池的年产量将达到21.5 GWh。

(首图来源:乔治亚大学)