過熱不再是鋰電池大敵?全新固態電解質材料遇熱反而更耐用

過熱不再是鋰電池大敵?全新固態電解質材料遇熱反而更耐用

為了避免鋰離子電池過熱、甚至爆炸,科學家想盡辦法提高電池的穩定性,並加裝許多保護機制,不過現在美國伊利諾大學厄巴納-香檳分校(U of I)科學家想透過新的固態電解質材料,讓「熱」成為電池更耐用、導電性更高的關鍵。

由於具備高能量密度、高工作電壓特性,鋰離子電池可說是各家首選儲能配備,手中的智慧型手機、正崛起的電動車與大型儲能發電廠都有它的身影。只不過乍看無所不能的電池,其實有著致命缺點,鋰電池過熱、過充或多次循環使用後容易生成鋰枝晶,進而刺穿隔離層導致自爆,且傳統鋰電池電解質也是由腐蝕性高也較容易起火的鹽與有機溶劑製成,這又再次提高鋰電池的安全風險。

U of I 研究人員表示,對此有不少科學家正在測試陶瓷或是聚合物固態電解質,但這些材料多少有點硬、且容易碎,電極與電解質可能會接觸不良,進而影響電池導電性。

因此 U of I 團隊在不斷嘗試新材料後,已經找到具備極高潛力的固態電解質材料,這中聚合物既不會有脆硬的問題,電解質受損後還會「自行修復」,它藉由交叉鏈接(cross-link)連接在一起,研究生 Brian Jing 表示,與一般的線性聚合物(linear polymer)相比,這些交聯網路受熱時,會變得更加堅硬、導電性也會提高,在電池中可降低鋰晶枝問題。

(Source:《Journal of the American Chemical Society》)

同時這種聚合物受損後還可以自癒,快速恢復電池的導電性,回收也非常方便,不像過去其他研究研發的複雜材料,還需要任何化學處理或是高溫分解。材料科學與工程學教授兼第一作者 Christopher Evans 表示,通常人們需要用強酸和高溫來分解聚合物材料,但這種新材料常溫下可溶於水,可說是非常環保與節能的技術。

不過目前研究還處於早期階段,團隊僅發現這種聚合物材料的導電性有成為固態電解質的潛力,未來還要再進一步實驗才能知曉結果如何。目前研究已發表在《Journal of the American Chemical Society 》。

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