鋰電池的固體替代品

市面上的鋰電池通常是液體電解質在兩個電極之間攜帶離子,不過近日長期關注於固體替代品的科學家們看到了一些新的電池發展目標。這項研究的作者使用了源自木材的纖維素作為固體電解質的基礎,這種電解質會像紙一樣薄,它可以在電池循環時彎曲以吸收應力。

當今鋰電池使用的電解質最大的缺點是它們都是揮發性液體,一旦設備短路就會引發火災,並且枝晶成長會導致不均勻沉積而發生電池燃燒等安全疑慮,從而影響性能,而固體電解質則是由不可燃材料所製成,使設備不易形成枝晶,並為電池結構開闢全新的可能性。

目光轉移到「木材」

美國布朗大學和馬里蘭大學把目光轉移到「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。

研究人員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)甚至可以媲美陶瓷,也比其他聚合物離子導體高 10~100 倍,團隊認為,銅可以有效地擴大纖維素聚合物鏈之間的空間,有效加速鋰離子的傳遞速度。

厚度跟紙一樣薄

里蘭大學材料科學與工程系教授 Liangbing Hu 認為,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。新型固態離子導體的厚度跟紙一樣薄且非常柔軟有韌性,團隊相信該材料足以承受電池充放電循環的壓力。

研究團隊認為,它既能應用在固體電池電解質,還可以被當成固態電池陰極的離子導電黏著劑,因此有不少科學家認為,固體電解質是實現鋰金屬電池最重要的一環,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。

圖片來源:HayDmitriy/Depositphotos 

資料來源:Nick Lavars(2021,OCT 21).Next-gen battery electrolyte made from wood offers record conductivity. Newatlas

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