鋰電池之父的科研新突破

創(chuàng)新這個(gè)詞，似乎離年輕人更近一些。然而有關(guān)94歲的老人來(lái)說(shuō)，似乎有點(diǎn)遙遠(yuǎn)。但是，鋰電池的發(fā)明者、德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校工程學(xué)院94歲的教授JohnGoodenough卻老當(dāng)益壯，他帶領(lǐng)工程師團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了首個(gè)全固態(tài)鋰電池。

Goodenough是著名的固體物理學(xué)家，是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的發(fā)明人，鋰電池的奠基人之一，被業(yè)界稱(chēng)為"鋰電之父"。他有關(guān)材料科學(xué)和技術(shù)，特別是鋰電池領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)。

Goodenough和科克雷爾學(xué)院的高級(jí)研究員MariaHelenaBraga，一起完成了這項(xiàng)最新的突破性研究，這項(xiàng)研究的論文最近發(fā)表于《能量和環(huán)境科學(xué)》雜志。他們研發(fā)的這種電池具有「低成本」、「全固態(tài)」、「非易燃」、「長(zhǎng)壽命」、「高體積能量密度」、「快速充放電」等優(yōu)點(diǎn)。

有關(guān)新發(fā)明的固態(tài)鋰電池，Goodenough認(rèn)為：

"成本、安全、能量密度、充放電率、循環(huán)壽命，有關(guān)電池驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)更廣泛的應(yīng)用來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。我們相信我們的發(fā)明解決了現(xiàn)今的電池中的許多固有問(wèn)題。"

新型固態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)

能量密度更高

這種新型電池的能量密度至少是現(xiàn)今的鋰電池的三倍。電池的能量密度決定了電動(dòng)汽車(chē)的行駛距離，所以更高的能量密度意味著一輛汽車(chē)可以在兩次充電之間行駛至更遠(yuǎn)距離。

充放電循環(huán)次數(shù)更多

這種新型電池也具有更多的充放電循環(huán)次數(shù)，從而使得電池使用更持久并且?guī)?lái)了更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用的電池可循環(huán)1200次且低電阻。

充電速度更快

另外，它的充電速度也更快(由幾小時(shí)縮短為幾分鐘)。

安全

如今一般的鋰電池都使用的是「液體電解質(zhì)」，電解液在電池的正負(fù)極之間運(yùn)輸鋰離子。

假如電池充電過(guò)快，從而在電解液內(nèi)形成「枝晶」或者「金屬晶須」，引發(fā)短路，進(jìn)一步引發(fā)起火和爆炸。

或者，假如鋰電池放在陽(yáng)光下暴曬，電解液的溫度會(huì)極具升高。在高溫下條件下，電解液發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、出現(xiàn)氣體、發(fā)生燃燒的傾向都會(huì)加劇。

所以，研究人員使用「玻璃電解質(zhì)」取代了液體電解質(zhì)，使得堿金屬陽(yáng)極不會(huì)形成「枝晶」。

嚴(yán)寒條件下運(yùn)行

另外，因?yàn)楣虘B(tài)玻璃電解質(zhì)可以運(yùn)行在零下20攝氏度的溫度條件下，具有高導(dǎo)電性。配備這種電池的汽車(chē)能夠在嚴(yán)寒天氣中良好運(yùn)行。

制造工藝簡(jiǎn)單

這種玻璃電解質(zhì)，讓工程師們能夠在陽(yáng)極和陰極上鍍上或者剝落堿金屬，而不出現(xiàn)"枝晶"，這樣可以「簡(jiǎn)化電池制造工藝」。

材料環(huán)保且來(lái)源豐富

另外一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，就是電池能夠使用環(huán)保材料進(jìn)行制造。Braga說(shuō)：

"這種玻璃電解質(zhì)使用低成本的鈉取代鋰。鈉，可從海水中提取，來(lái)源十分豐富。"

未來(lái)展望

當(dāng)Braga在葡萄牙波爾圖大學(xué)的時(shí)候，她就開(kāi)始開(kāi)發(fā)這種固體玻璃電解質(zhì)。兩年前，她和Goodenough還有德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校的研究員AndrewJ.Murchison一起合作。她說(shuō)，Goodenough有關(guān)固體玻璃電解質(zhì)的組成和特性的理解，幫助她開(kāi)發(fā)了這種新型電解質(zhì)，并且現(xiàn)在通過(guò)德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校技術(shù)商業(yè)化辦公室申請(qǐng)了專(zhuān)利。

Goodenough和Braga正繼續(xù)推進(jìn)電池相關(guān)的研究，致力于申請(qǐng)幾個(gè)專(zhuān)利。短時(shí)間來(lái)說(shuō)，他們希望能夠和電池制造商一起，在電動(dòng)汽車(chē)和能量存儲(chǔ)設(shè)備中，開(kāi)發(fā)和測(cè)試這種新材料。

這項(xiàng)研究由德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校支持，但是沒(méi)有得到相關(guān)的資金資助。目前德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校的技術(shù)商業(yè)化辦公室，正在和多個(gè)電池相關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域的公司積極協(xié)商授權(quán)協(xié)議。