鉅大LARGE | 點擊量:609次 | 2021年03月02日
固態(tài)電池受市場關(guān)注,是什么阻攔固態(tài)電池的進步?
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,不斷滿足人們對電力靈活運用的需求。近年來,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,鋰離子電池開始一路狂奔,迅速將其他二次電池甩在身后。事實上,不論是手機、電腦、相機,還是電動汽車,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,鋰電池安全問題引發(fā)的事故同樣令人印象深刻。除了安全問題,鋰電池的續(xù)航能力、電池循環(huán)使用壽命有限等問題,也常常被人們所詬病。因此,鋰離子電池的替代或備選儲能技術(shù)成為世界各國新能源技術(shù)競爭焦點,而固態(tài)電池則作為繼鋰離子電池之后的另一儲能技術(shù)備受矚目。
固態(tài)電池相對于目前廣泛應用的液態(tài)電池而言,事實上,人們一般將固態(tài)、準固態(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、充放電效率等各個方面都有很大的飛躍。
但對于固態(tài)電池來說,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。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在界面處產(chǎn)生空隙,導致可靠性問題,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)來源于佐治亞理工學院的研究小組借助X射線對固態(tài)電池的觀測。研究小組使用美國能源部Argonne國家實驗室先進光子源(APS)的超亮X射線,使用一個大約2毫米寬的圓柱形電池,觀察了固態(tài)電池在充放電過程中材料的內(nèi)部轉(zhuǎn)化,并建立了在電池充電和放電過程中捕捉到結(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),電池工作導致界面上形成的微小空隙,大小可達1-2微米,比人類頭發(fā)絲的直徑還要小約50倍,這就造成了接觸不良,而這也是導致電池失效的主要原因。
研究人員認為,這項工作提供了對電池內(nèi)部情況的基本了解,這些信息對于指導工程工作至關(guān)重要,而這些工程工作將在未來幾年里推動固態(tài)電池實現(xiàn)商業(yè)化。其研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在《自然-材料學》雜志上。