全固態鋰電池：採用玻璃電解質，更安全高效耐用！

導讀

鋰離子電池的發明者、德克薩斯州大學奧斯汀分校工程學院的教授 John Goodenough ，帶領工程師團隊開發了首個全固態鋰電池，使得電池變得更加安全、更加持久、充電更快速，它可以廣泛應用於手持移動設備、電動汽車、固定儲能系統。

(圖片來源於：德克薩斯州大學奧斯汀分校)

鋰電池之父的科研新突破

創新這個詞，似乎離年輕人更近一些。然而對於94歲的老人來說，似乎有點遙遠。但是，鋰離子電池的發明者、德克薩斯州大學奧斯汀分校工程學院94歲的教授 John Goodenough 卻老當益壯，他帶領工程師團隊開發了首個全固態鋰電池。

Goodenough 是著名的固體物理學家，是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的發明人，鋰離子電池的奠基人之一，被業界稱為「鋰電之父」。他對於材料科學與技術，特別是鋰離子電池領域做出了重要貢獻。

傳統的手機鋰電池

（圖片來源於：維基百科）

Goodenough 和科克雷爾學院的高級研究員 Maria Helena Braga，一起完成了這項最新的突破性研究，這項研究的論文最近發表於《能量和環境科學》雜誌。他們研發的這種電池具有「低成本」、「全固態」、「非易燃」、「長壽命」、「高體積能量密度」、「快速充放電」等優點。

對於新發明的固態鋰電池，Goodenough 認為：

「成本、安全、能量密度、充放電率、循環壽命，對於電池驅動的汽車更廣泛的應用來說至關重要。我們相信我們的發明解決了現今的電池中的許多固有問題。」

新型固態電池的有點

能量密度更高

這種新型電池的能量密度至少是現今的鋰電池的三倍。電池的能量密度決定了電動汽車的行駛距離，所以更高的能量密度意味著一輛汽車可以在兩次充電之間行駛至更遠距離。

充放電循環次數更多

這種新型電池也具有更多的充放電循環次數，從而使得電池使用更持久並且帶來了更長的循環壽命。在實驗中，研究人員使用的電池可循環1200次且低電阻。

充電速度更快

另外，它的充電速度也更快（由幾小時縮短為幾分鐘）。

安全

如今一般的鋰電池都使用的是「液體電解質」，電解液在電池的正負極之間運輸鋰離子。

如果電池充電過快，從而在電解液內形成「枝晶」或者「金屬晶須」，引發短路，進一步引發起火和爆炸。

或者，如果鋰電池放在陽光下暴晒，電解液的溫度會極具升高。在高溫下條件下，電解液發生副反應、氧化分解、產生氣體、發生燃燒的傾向都會加劇。

網友展示的三星note 7 充電時發生爆炸的圖片

（圖片來源於網路）

所以，研究人員使用「玻璃電解質」取代了液體電解質，使得鹼金屬陽極不會形成「枝晶」。

嚴寒條件下運行

另外，因為固態玻璃電解質可以運行在零下20攝氏度的溫度條件下，具有高導電性。配備這種電池的汽車能夠在嚴寒天氣中良好運行。

製造工藝簡單

這種玻璃電解質，讓工程師們能夠在陽極和陰極上鍍上或者剝落鹼金屬，而不出現「枝晶 」，這樣可以「簡化電池製造工藝」。

材料環保且來源豐富

另外一項優勢，就是電池能夠使用環保材料進行製造。Braga 說：

「這種玻璃電解質使用低成本的鈉取代鋰。鈉，可從海水中提取，來源十分豐富。」

未來展望

當 Braga 在葡萄牙波爾圖大學的時候，她就開始開發這種固體玻璃電解質。兩年前，她和 Goodenough 還有德克薩斯州大學奧斯汀分校的研究員 Andrew J. Murchison 一起合作。她說， Goodenough 對於固體玻璃電解質的組成和特性的理解，幫助她開發了這種新型電解質，並且現在通過德克薩斯州大學奧斯汀分校技術商業化辦公室申請了專利。

Goodenough 和 Braga 正繼續推進電池相關的研究，致力於申請幾個專利。短期來說，他們希望能夠和電池製造商一起，在電動汽車和能量存儲設備中，開發和測試這種新材料。

這項研究由德克薩斯州大學奧斯汀分校支持，但是沒有得到相關的資金資助。目前德克薩斯州大學奧斯汀分校的技術商業化辦公室，正在和多個電池相關的工業領域的公司積極協商授權協議。

參考資料

【1】https://news.utexas.edu/2017/02/28/goodenough-introduces-new-battery-technology