輕薄可彎曲,木材成鋰電池固態電解質新材料

作者 | 發布日期 2021 年 10 月 23 日 19:00 | 分類 能源科技 , 電力儲存 , 電池 Telegram share ! follow us in feedly


當今鋰離子電池多採用有毒、易揮發的有機液態電解質,為提高電池安全性,有科學家轉移目標瞄準固態電解質,更以木材纖維素開發出薄如紙張、可隨意彎曲的固態離子導體。

鋰離子電池陰陽兩極中,隔著負責傳遞鋰離子的電解質,這些電解質多為液態凝膠體,電池難以減重,液態電解質也具有可燃性,高溫下不穩定、設備短路有起火風險,低溫也容易凍結。另外,電解質也讓充放電過程中容易產生晶枝,有可能降低電池的容量、性能與壽命。

不過既然缺點多多,鋰離子電池怎還是以液態電解質為主?主因是以玻璃、陶瓷為主的固態電解質太過昂貴且不易量產,雖然身具安全性足夠、能量密度高、重量輕等優點,陶瓷材料又能有效傳遞離子、充電速度快,但材料較脆硬,在充放電過程中難承受壓力。

對此,美國布朗大學和馬里蘭大學把目光轉到「木材」上,認為纖維素奈米纖維(Cellulose Nanofiber,CNF)或許有機會應用在電池中。奈米纖維素來自紙漿的生質材料,把植物細胞中的纖維素作奈米級的纖維分離,形成纖維寬度 3〜100 奈米、長度 5 微米的極微細纖維材料。

團隊將銅與奈米纖維素結合製成新型固態離子導體,其離子導電係數(ion conductivity)可與陶瓷材料媲美,比其他聚合物離子導體高 10~100 倍,團隊指出,銅有效擴大纖維素聚合物鏈之間的空間,形成「離子高速公路」,可有效加速鋰離子傳遞速度。

(Source:布朗大學

馬里蘭大學材料科學與工程系教授 Liangbing Hu 示,新型離子導體在所有固態電解質中,創下最高離子電導紀錄。

新型固態離子導體薄如紙且足夠柔韌,團隊相信該材料足以承受電池充放電循環的壓力,團隊認為,它既能應用在固體電池電解質,可以當成固態電池陰極的離子導電黏著劑。

有不少科學家認為,固體電解質是實現鋰金屬電池的重要一環,可以突破電池能量密度瓶頸,最終延長電動車與電動飛機的續航里程。

(首圖來源:pixabay