鋰電池怎樣才能安全又續航？研究人員用「冰」解決

移動設備近年在續航遇到瓶頸，各廠商不得不透過增大電池容量來解決，不過這種方案也有問題，Note 7 的爆炸事故就給整個產業劈頭澆了一盆冷水。不過，求變革的研究人員並沒有放棄，最近有人開發了一種新的解決方案──冷凝法，能在保證鋰電池安全的情況下提升續航，且可以彎曲，適應未來的可彎曲手機。

該解決方案用冰模板（ice-templating）垂直對齊電池內固態電解質架構，增強導電性。這種新型電池的誕生也正好為概念中的柔性智能手機（如三星 Galaxy X）和平板電腦鋪路。

眼下，市場上可重複充電的鋰電池用的液體電解質高易燃性，極易造成安全問題，去年 Note 7 事故元兇就是它。因此，哥倫比亞大學工程和應用科學學院決定嘗試使用固體電解質來代替易燃的液體電解質。

他們使用冰模板讓陶瓷固體電解質呈現出垂直對齊的柱狀架構，使用陶瓷固體電解質的電池明顯更安全且導電性更強。

雷鋒網注意到，這種電池的製作方法也很新奇。研究員先在底部加入陶瓷顆粒並冷卻水性溶液，隨後讓冰層生長，擠出一部分已結冰的水性溶液，讓陶瓷顆粒在電池中成為主流。最後，營造一個真空環境讓冰升華為汽態，這樣就完成了搭建垂直對齊架構。

搞定垂直對齊架構後，需要與聚合物相結合，後者是一種由許多重複子單元組成的大分子，這樣就能為電解質提供機械支撐並更富有柔韌性。

「無論移動設備還是電動車，柔性固態鋰電池都能一勞永逸解決安全問題，同時還能增加電池能量密度。」Yuan Yang 博士說，他是哥大材料科學和工程學助理教授，同時也是該團隊領導。

在之前的實驗中，研究員用了一種該解決方案的變種。他們在聚合物電解質中用了隨機分散陶瓷粒子，此外還嘗試類纖維的陶瓷電解質，不過這些方案都無法實現垂直對齊。

「當時我們認為只要結合陶瓷電解質垂直對齊架構與聚合物電解質，就能讓鋰離子開上快車道並增強電池的導電性。」Haowei Zhai 說，他是研究報告的主筆，也是 Yuan Yang 博士的學生。

「我們相信這是業內首次使用冰模板製造柔性固體電解質，新的電解質不但安全可靠，而且無毒無害。新的方案最佳化了鋰離子的導電效能，為下一代充電電池的開發開啟了一扇窗。」Haowei Zhai 說。

換用固體電解後，原本鋰電池負極使用的石墨層就能換成鋰金屬了，此舉能提升 60~70% 電池能量。

下一步，該團隊準備最佳化電解質結合的品質並試裝出這種新型電池。

（本文由 雷鋒網授權轉載；首圖來源：Flickr/mliu92CC BY 2.0）

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