新型阻燃電解質除了提升鋰電池安全性,庫倫效率更達 99.2%

作者 | 發布日期 2018 年 10 月 03 日 10:30 | 分類 能源科技 , 零組件 , 電池 follow us in feedly

鋰離子電池為儲能技術領頭羊,具有高能量密度、輸出功率大與低自放電優點,除了是消費性電子產品中最常見的電池,也是電動車不可或缺的心臟,但該電池也不是毫無缺點,不管是容易起火燃燒還是不耐過充過放,都是為人詬病的安全性問題,因此各家研究所紛紛提出解決方案想改善電池,像是美國科學家近期便研發新型電解質,不僅成功提升鋰電池安全性,庫倫效率更達 99.2%。



電池由陽極、陰極、隔離膜與電解質構成,鋰離子則透過電解質在電極兩端游移,隔離膜主要功能為隔絕兩極、防止電池自放電及短路等問題,但只要受到衝擊或是撞擊,就可都會造成電池短路或是爆炸。

只不過由於電極與電解質的化學特性,就算不碰撞或是撞擊電池,危機也有可能悄悄而來。鋰活性較強,在充放電途中鋰離子容易沉積,陽極表面會因為鋰沉積不均勻而形成樹枝狀晶枝,進而造成電池容量損失、充放電效率降低或是刺穿絕緣層,最終導致電池起火。

為了讓消費者可安心使用手機與行駛電動車,目前各國廠商與研究所正孜孜不倦地尋找緩解晶枝生長的方法,致力於在不影響電池性能的情況下開發新型電解質,打造另一種電極,或是添加阻然溶劑。

美國西北太平洋國家實驗室的美國環境分子科學實驗室(PNNL/EMSL)則打造新型電解質,研發出阻燃局部型高濃度電解質(LHCE),其繼承原本鋰電池高濃度電解質(HCE)的優點,並改善介面反應的動力學與穩定性,成功解決鋰電池安全性難題。

根據團隊在《Joule》發表的研究,新型電解質會在陽極上形成一層高濃度鹽簇,可讓鋰陽極不易生成晶枝與達到阻燃效果,即使在 5V 高電壓下鋰陽極也可以正常運作,600 次充放電循環後電容量仍可在 97% 以上,庫倫效率更高達 99.2%。

▲ 點火試驗指出,與傳統電解質相比,浸泡新型電解質後的玻璃纖維(右)較不容易起火。(Source:EMSL

PNNL 電池專家兼實驗室研究員 Ji-Guang(Jason)Zhang 表示,穩定性與安全性兼具的優勢可讓人們更放心將鋰離子電池用於電動車,且該研究也有助於其他科學家研發出類似且更加便宜的電池電解質。

研究也同時獲得 Battery500 的支持,該聯盟致力於打造體積更小、更輕、更便宜的電池,更希望可將電動車電池的儲存電量提升 3 倍。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:Flickr/massmatt CC BY 2.0)