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鋰離子電池技術有了新突破

鉅大LARGE  |  點擊量:992次  |  2020年12月17日  

鋰離子電池在幾分鐘內充電70%的新突破


鋰離子電池是人們非常熟悉的電子產品,現在廣泛應用于手機、筆記本電腦和電動汽車等產品中。但鋰離子電池也有充電時間長、壽命短的名聲。最近,新加坡南洋理工大學(nanyangtechnologicaluniversity)的一個團隊發明了一種新型快速充電電池。這種電池可以在兩分鐘內充滿70%的電量,并且可以使用20年,是當時電池使用時間的10倍。


鋰離子電池重要由正極信息(如鋰鈷氧)、電解質和負極信息(如石墨)組成。充電時,鋰離子從陽極鋰鈷氧晶格中析出,通過電解液嵌入片狀石墨中。鋰離子在放電過程中從片狀石墨晶格中逸出,經過電解液后嵌入到鋰鈷氧中。在充放電過程中,鋰離子在正極和負極之間來回運輸,因此鋰離子電池也被稱為搖椅電池。近年來,科學家們一直在開發新的鋰離子電池,尤其是高容量的鋰硫電池、鋰氧電池和納米硅電池,但由于其組成混亂、成本高、使用壽命短等原因,很多效果并沒有得到推廣。


傳統的鋰離子電池不能快速充電,重要是由于石墨電極的安全特性。當電池工作時,在電極表面形成固體電解質膜,阻擋了鋰離子的腳步,降低了鋰離子的運輸速度。這種新型鋰離子電池的不同尋常之處在于,它使用超長的二氧化鈦納米管凝膠代替傳統的石墨材料作為陰極。這種新材料不形成電解質膜,而且鋰離子可以快速嵌入,實現快速充電。由于一維二氧化鈦納米凝膠的特殊結構,新電池在使用壽命方面取得了突破,其循環次數達到了數萬次。假定一天的費用,可以使用20多年。而且,本研究采用的二氧化鈦(俗稱鈦白粉)材料成本低,易于加工,電池重復性好,可靠性高,并可與現有技術無縫對接,其工業應用前景十分廣闊。


鋰離子電池在20世紀70年代被引入,索尼在1991年公布了第一款商用鋰離子電池,重新發明了消費電子產品。鋰離子電池雖然得到了廣泛的應用,但其電池壽命和使用壽命并沒有得到有效的突破,這也制約了電動汽車等行業的快速發展。這一新突破可能對許多領域出現廣泛影響。在移動設備中,新的電池可以防止一些電子設備的強制屏蔽。電動汽車領域也將大大受益,不僅因為可以縮短充電時間從幾小時到幾分鐘,還因為用戶不要經常改變昂貴的電池組(成本約為10000美元),這為進一步推廣電動汽車帶來了益處。


然而,當時鋰離子電池的發展面對著瓶頸:假如要提高容量,就必須犧牲充電速度和循環壽命,很難保持較高的容量。在未來,更換電池,一方面,要推進安全功能,如固體半固態電解質的研究,另一方面,要加快研究和開發大容量正極數據,實現突破,鋰離子電池的能量密度。綜上所述,電池的正負極與電解液數據要協同工作,才能在形式、容量等方面取得更大的進步。


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