德國于利希研究中心的科學家們設(shè)計出一種新型固態(tài)電池，只需不到1個小時就可以再次充滿電。

背景

鋰離子電池，已廣泛應(yīng)用于各種智能硬件與移動電子產(chǎn)品，例如智能手機，智能手表、平板電腦、電動自行車、電動汽車等。然而，鋰離子電池一般采用的都是可燃性的液體電解質(zhì)。在高溫條件下，這些電解液可能會引起燃燒，甚至發(fā)生爆炸，存在安全隱患。

為了解決鋰離子電池的安全隱患，除了改善鋰離子電池的自身設(shè)計（例如加入保護電路）之外，尋找替代品也是科學家們一直在研究的方法。固態(tài)電池成為了傳統(tǒng)鋰電池的一種候選的替代品，它的所有電極和電解質(zhì)都由固態(tài)物質(zhì)制成，即使被加熱到非常高的溫度，也不會著火。

但是，傳統(tǒng)的鋰離子電池采用的是液體電解質(zhì)，它通常與電極接觸得非常好。通過它們粗糙的表面，電極就像海綿一樣吸收液體，制造出較大的接觸面積?？墒牵瑑煞N固體原則上無法無空隙地結(jié)合在一起。電極與電解質(zhì)之間的接觸電阻會相應(yīng)地增高。因此，在固態(tài)電池的開發(fā)中，低電流被認為是最大的障礙之一。這也是為什么固態(tài)電池充電需要花費相對較長的時間，它一般充滿電需要10到12個小時。

創(chuàng)新

德國于利希研究中心能源與氣候研究所（IEK-9）的研究小組領(lǐng)頭人HermannTempel博士解釋道：“通過目前描述的設(shè)計理念，由于內(nèi)部固態(tài)接口的問題，充放電電流只能非常小。這就是我們的設(shè)計理念起作用的地方，這個想法基于材料的有益組合?！?/p>

近日，德國于利希研究中心的科學家們設(shè)計出一種新型固態(tài)電池，只需不到1個小時就可以再次充滿電。

技術(shù)

HermannTempel解釋道：“為了允許最大可能的電流通過層的邊界，我們采用非常相似的材料來制造所有的元件。陽極、陰極與電解質(zhì)都通過不同的磷酸化合物制成，使得充電率高于3C（質(zhì)量比容量為50mAh/g）。這比文獻中找到的其他沖充電率值要高10倍?！?/p>

固態(tài)電解質(zhì)作為穩(wěn)定的載體材料使用，磷酸鹽電極通過網(wǎng)印工藝應(yīng)用到電解質(zhì)的兩側(cè)。這項研究使用的材料價格合理，且相對易于加工。不同于傳統(tǒng)的鋰離子電池，新型固態(tài)電池幾乎不含有毒或有害物質(zhì)。

Yu開發(fā)并測試了這種電池，他的研究也成為了中國留學基金委在德國于利希研究中心能源與氣候研究所的資助項目的一部分。Yu表示：“在初始測試中，這種新型電池經(jīng)過500次的充放電循環(huán)依然非常穩(wěn)定，并保持原始容量的84%。這里仍然有提升的空間。理論上說，容量損耗甚至應(yīng)該可能低于1%。”

研究所的主任教授Ruediger-A.Eichel也深信這種新型電池設(shè)計的優(yōu)勢。Eichel表示：“能量密度已經(jīng)非常高，約為120mAh/g，即使它仍然略低于如今的鋰離子電池?！?/p>

價值

除了為電子遷移率而進行的開發(fā)，德國亥姆霍茲國家研究中心聯(lián)合會“電池存儲”話題的發(fā)言人Eichel相信，固態(tài)電池未來也將用于其他領(lǐng)域。

他說：“目前正在開發(fā)的固態(tài)電池將優(yōu)先用于下一代電動汽車的能量存儲。但是我們也相信，固態(tài)電池將在其他需要長壽命與安全操作的應(yīng)用領(lǐng)域流行，例如醫(yī)療技術(shù)或者智能家居領(lǐng)域的集成元件?！?/p>

關(guān)鍵字

電池、固態(tài)電池、能量存儲