康奈尔大学固态电池技术突破 延长电池寿命/提升充电能力

人们对电池的要求并不高：它们在规定的时间内尽可能长地提供能量，充电迅速，而且不会突然起火。然而，2016年发生的一系列手机电池起火事件动摇了消费者对锂离子电池的信心。自20世纪80年代推出以来，锂离子电池帮助引领了现代便携式电子产品的发展，但一直受到安全问题的困扰。随着人们对电动汽车的兴趣越来越大，研究人员和业内人士正在寻找改进可充电电池的技术。这些技术需要能够安全可靠地为汽车、自动驾驶汽车、机器人和其他下一代设备提供动力。据外媒报道，美国康奈尔大学的一项新研究改进了固态电池的设计。固态电池本质上更安全，并且比现有的锂离子电池具有更高的能量密度。锂离子电池依靠易燃的液体电解质将储存在分子键中的化学能快速转化为电能。康奈尔大学的研究人员将液体电解质转化为电化学电池中的固体聚合物，利用液体和固体的特性来克服目前影响电池设计的关键限制。该研究的主要作者、博士后研究员Qing Zhao表示：想象一下，一个装满冰的玻璃杯，其中一些冰与玻璃接触，但也有间隙。然而，如果玻璃中充满水并冷冻，界面将被完全覆盖，玻璃内的冰和水之间可以建立牢固的连接。在电池中使用相同的概念可以促进离子从电池电极的固体表面高速转移到电解质，而不需要易燃液体。”该解决方案的关键是引入特殊分子，在不破坏其他功能的情况下在电化学电池内引发聚合。如果电解液是环状醚，则可以设计引发剂来撕裂环，产生反应性单体链，这些单体链结合在一起，生成具有与醚类似的化学财产的长链分子。这种坚固的聚合物在金属界面上保持紧密的连接，就像玻璃中的冰块一样。固态电解质不仅有助于提高电池的安全性，还使下一代电池能够利用锂和铝等金属作为阳极，与当今最先进的电池技术相比，能够实现更大的储能。在这种情况下，固体电解质可以防止金属中形成枝晶，从而导致电池短路、过热和故障。尽管固态电池具有明显的优势，但大规模生产一直受到阻碍。先前的设计导致的高制造成本和较差的接口性能构成了重大的技术障碍。此外，固态系统可以稳定电池的热变化，无需电池冷却。研究人员表示，生产新型聚合物电解质的现场技术有望延长高能量密度可充电金属电池的循环寿命，并提高充电能力。

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