鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:304次 | 2023年08月15日
固態(tài)電池受市場(chǎng)關(guān)注,是什么阻攔固態(tài)電池的進(jìn)步
電池作為能夠提供持續(xù)而穩(wěn)定電流的裝置,經(jīng)歷了200余年的發(fā)展,不斷滿(mǎn)足人們對(duì)電力靈活運(yùn)用的需求。近年來(lái),以鋰電池為代表的二次電池(可充電電池或蓄電池)革新著能源系統(tǒng)。
其中,憑借著高能量密度、高安全性的優(yōu)勢(shì),鋰離子電池開(kāi)始一路狂奔,迅速將其他二次電池甩在身后。事實(shí)上,不論是手機(jī)、電腦、相機(jī),還是電動(dòng)汽車(chē),都是基于鋰電池技術(shù)的成熟才得到快速的發(fā)展。
但同時(shí),鋰電池安全問(wèn)題引發(fā)的事故同樣令人印象深刻。除了安全問(wèn)題,鋰電池的續(xù)航能力、電池循環(huán)使用壽命有限等問(wèn)題,也常常被人們所詬病。因此,鋰離子電池的替代或備選儲(chǔ)能技術(shù)成為世界各國(guó)新能源技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn),而固態(tài)電池則作為繼鋰離子電池之后的另一儲(chǔ)能技術(shù)備受矚目。
固態(tài)電池相對(duì)于目前廣泛應(yīng)用的液態(tài)電池而言,事實(shí)上,人們一般將固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)以及半固態(tài)電池都叫做固態(tài)電池,相較于液態(tài)電池,固態(tài)電池在安全性、能量密度、充放電效率等各個(gè)方面都有很大的飛躍。
但對(duì)于固態(tài)電池來(lái)說(shuō),循環(huán)壽命是阻礙其發(fā)展的一大障礙。在鋰電池內(nèi)部,液體電解質(zhì)均勻地覆蓋在電極上,允許鋰離子自由移動(dòng)。而固態(tài)電池技術(shù)取而代之的是使用固體電解質(zhì),這將有助于提高能量密度以及提高電池的安全性。而從電極上移除鋰會(huì)在界面處產(chǎn)生空隙,導(dǎo)致可靠性問(wèn)題,從而限制電池的使用壽命。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這一發(fā)現(xiàn)來(lái)源于佐治亞理工學(xué)院的研究小組借助X射線(xiàn)對(duì)固態(tài)電池的觀(guān)測(cè)。研究小組使用美國(guó)能源部Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光子源(APS)的超亮X射線(xiàn),使用一個(gè)大約2毫米寬的圓柱形電池,觀(guān)察了固態(tài)電池在充放電過(guò)程中材料的內(nèi)部轉(zhuǎn)化,并建立了在電池充電和放電過(guò)程中捕捉到結(jié)構(gòu)變化的三維圖像。
這些圖像揭示了固體電解質(zhì)界面上電極材料的動(dòng)態(tài)變化如何確定固態(tài)電池的性能。研究人員發(fā)現(xiàn),電池工作導(dǎo)致界面上形成的微小空隙,大小可達(dá)1-2微米,比人類(lèi)頭發(fā)絲的直徑還要小約50倍,這就造成了接觸不良,而這也是導(dǎo)致電池失效的主要原因。
研究人員認(rèn)為,這項(xiàng)工作提供了對(duì)電池內(nèi)部情況的基本了解,這些信息對(duì)于指導(dǎo)工程工作至關(guān)重要,而這些工程工作將在未來(lái)幾年里推動(dòng)固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。其研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在《自然-材料學(xué)》雜志上。