防止鋰腐蝕材料降低穩定性,科學家為固態電解質打造防護背心

作者 | 發布日期 2019 年 04 月 26 日 8:15 | 分類 材料、設備 , 電力儲存 , 電池 follow us in feedly


為研發安全性與性能兼具的電池,科學家不斷推出新研究,最近美國哥倫比亞大學帶來全新的電池技術,透過開發奈米氮化硼(BN)防護薄膜,成功提高固態電解質的穩定性與延長電池壽命。

鋰電池的安全問題主要來自於鋰金屬活性強,傳統鋰電池電解質也多是由鹽與有機溶劑製成,腐蝕性高也較容易起火,使得鋰電池存有爆炸風險。若是用陶瓷固態電解質取代傳統液態電解質,將能有效降低易燃性跟抑制鋰晶枝生成,打造更安全的電池。

只不過鋰金屬容易腐蝕固態電解質材料,科學家還需要幫固態電解質研發一款穩定性高、電子絕緣又輕薄的「背心」,讓固態電解質不會受到鋰金屬腐蝕,又可以順利傳遞鋰離子。

對此,哥倫比亞大學工學院組成的團隊已找到解決辦法,透過在鋰電極跟固態電解質之間打造 5~10 nm 厚保護背心:奈米氮化硼(BN)薄膜,隔離鋰金屬跟固體電解質的電接點。

團隊指出,氮化硼跟鋰金屬的化學、機械穩定度不錯,電子絕緣度高,研究團隊研發的氮化硼薄膜也存有本質缺陷(intrinsic defect),可隔絕電子但不會阻止鋰離子通過,論文主要作者 Qian Cheng 表示,過去研究多採用 200μm 厚的聚合物保護層,而團隊新型保護層僅 5-10nm,不會影響電池的能量密度。

(Source:哥倫比亞大學

除此之外,該薄膜製作方法也不難,他們採用常見的氣相沉積法來打造氮化硼塗層,可輕鬆建造大規模且輕薄的薄膜。團隊指出,透過全新的「防鋰背心」,他們已成功延長鋰電池的壽命。

目前研究員也正將此方法應用在其他固態電解質上,希望能進一步最佳化薄膜,打造性能與壽命兼具的電池。

鋰離子電池應用廣,手機、電動車與鋰電池儲能系統都包含在內,只不過近年鋰電池起火爆炸事件頻傳,從先前的手機、筆電爆炸,到日前的美國電池儲能廠爆炸事件,安全性已成為鋰離子電池的硬傷,而雖然該團隊尚未公布相關數據,但若固態電解質電池研發有成,將有助於提升鋰電池安全性。

(首圖來源:shutterstock)