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美華裔科學家王春生開發(fā)新電池技術可為汽車帶來更安全

2023-11-20 09:46 性質(zhì):原創(chuàng) 作者:DDing 來源:中國叉車網(wǎng)-中叉網(wǎng)
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美國馬里蘭大學研究鋰電池如何失效的研究人員開發(fā)出一種新技術,可使下一代電動汽車(EV)和其他設備的電池不易起火,同時增加能量存儲。本周三發(fā)表在《自然》(...

美國馬里蘭大學研究鋰電池如何失效的研究人員開發(fā)出一種新技術,可使下一代電動汽車(EV)和其他設備的電池不易起火,同時增加能量存儲。

本周三發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上的一篇論文介紹了這種創(chuàng)新方法,它可以抑制鋰枝晶的生長--所謂的全固態(tài)鋰電池內(nèi)部會產(chǎn)生破壞性的枝狀結構,從而阻礙公司將這種前景廣闊的技術廣泛商業(yè)化。但是,由化學與生物分子工程系教授王春生領導的這一電池 "中間層 "新設計阻止了枝晶的形成,可能為生產(chǎn)可行的電動汽車全固態(tài)電池打開大門。

在美國,至少有 75 萬輛注冊的電動汽車使用鋰離子電池,這種電池因其高能量存儲而廣受歡迎,但含有易燃液體電解質(zhì)成分,在過熱時會燃燒。雖然沒有政府機構按汽車類型跟蹤車輛火災,而且電動汽車電池火災似乎相對罕見,但它們帶來了特殊的風險;美國國家運輸安全委員會報告稱,急救人員很容易受到安全風險的影響,包括觸電以及暴露于損壞或燃燒的電池產(chǎn)生的有毒氣體。

王說,全固態(tài)電池可能會導致汽車比當前的電動或內(nèi)燃模型更安全,但制定繞過這些缺點的策略非常困難。當這些電池在電動汽車所需的高容量和充放電速率下運行時,鋰枝晶會向陰極側生長,導致短路和容量衰減。

他和博士后萬紅利于2021年開始開發(fā)鋰枝晶生長形成的理論;研究人員表示,這仍然是一個科學爭論的問題。

“在我們弄清楚這一部分之后,我們提出了重新設計中間層的想法,以有效抑制鋰枝晶的生長。”他說。

他們的解決方案是獨特的,因為固體電解質(zhì)和陽極(電子從電路進入電池的地方)以及電解質(zhì)和陰極(能量流出電池的地方)之間的電池界面穩(wěn)定。新的電池結構增加了一個富含氟的中間層,可以穩(wěn)定陰極側,并用鎂和鉍對陽極的中間層進行了改性,從而抑制了鋰枝晶。他說:“固態(tài)電池是下一代電池,因為它們可以實現(xiàn)高能量和安全性。在目前的電池中,如果你實現(xiàn)高能量,你就會犧牲安全性?!?/p>

在產(chǎn)品進入市場之前,研究人員還有其他挑戰(zhàn)需要解決。為了實現(xiàn)全固態(tài)電池的商業(yè)化,專家們必須縮小固體電解質(zhì)層的厚度,以達到與鋰離子電池電解質(zhì)相似的厚度,這將提高能量密度,即電池可以存儲的電量。該團隊表示,基礎材料的高成本是另一個挑戰(zhàn)。

為了在 2026 年之前將新型電池推向市場,先進電池制造商 Solid Power 計劃開始試驗這項新技術,以評估其商業(yè)化潛力。研究人員表示,持續(xù)的研究旨在進一步提高能量密度。

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