據(jù)外媒報(bào)道，科學(xué)家們希望改善當(dāng)今鋰電池性能的眾多方法之一就是將部分液體成分替換為固體成分。這些被稱(chēng)為固態(tài)電池的實(shí)驗(yàn)裝置通過(guò)大幅提高電池內(nèi)部的能量密度來(lái)極大地延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)和移動(dòng)設(shè)備的使用壽命?，F(xiàn)在，來(lái)自麻省理工學(xué)院(MIT)的科學(xué)家們就帶來(lái)了一個(gè)令人興奮的未來(lái)進(jìn)展，其展示了一種克服了一些當(dāng)前設(shè)計(jì)限制的新型固態(tài)電池結(jié)構(gòu)。

資料圖

在普通鋰電池中，當(dāng)電池充電和放電時(shí)，液體電解質(zhì)以離子的形式在正負(fù)極之間來(lái)回移動(dòng)，但問(wèn)題之一是，這種液體的揮發(fā)性極強(qiáng)，有時(shí)甚至還會(huì)引發(fā)電池起火，就像當(dāng)年的三星Galaxy Note 7智能手機(jī)那樣。

將這種液體電解質(zhì)替換為固體材料不僅能讓電池變得更加安全、更不容易著火，而且還能為電池的其他關(guān)鍵部件發(fā)現(xiàn)新的可能性。根據(jù)最近發(fā)表在《Trends in chemistry》上的一篇研究論文顯示，目前鋰電池的陽(yáng)極由銅和石墨混合制成，但如果它由純鋰制成則可能能打破當(dāng)前鋰離子化學(xué)的能量密度瓶頸。

因此，純鋰陽(yáng)極的巨大潛力使其成為了電池研究人員的一個(gè)高度優(yōu)先考慮的對(duì)象，而一個(gè)關(guān)鍵的踏腳石是引入一種可行的固體電解質(zhì)使其能夠工作。但真想要實(shí)現(xiàn)則存在著重大障礙，當(dāng)電池充電時(shí)，鋰金屬內(nèi)部的原子堆積導(dǎo)致其膨脹，在使用過(guò)程中又會(huì)因?yàn)闇p少而導(dǎo)致金屬收縮，這使得材料之間幾乎不可能持續(xù)接觸并還可能導(dǎo)致電解質(zhì)破裂。

這就是MIT新電池架構(gòu)可能克服的問(wèn)題。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種被叫做混合離子-電子導(dǎo)體(MIEC)和電子和鋰離子絕緣體(ELI)的固體材料組合。它們被打造成一個(gè)三維蜂窩狀結(jié)構(gòu)，而由MIEC制成的納米管構(gòu)成了這個(gè)謎題的關(guān)鍵部分。

這些管被注入固體鋰金屬形成的電池陽(yáng)極。由于每個(gè)管子內(nèi)部都有額外的空間，所以鋰金屬在充放電的時(shí)候能有多余的空間來(lái)進(jìn)行膨脹和收縮。通過(guò)這種方式，這種材料在固體和液體材料之間保持著微妙的平衡并且移動(dòng)方式非常像液體。

所有這一切都發(fā)生在蜂窩結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極內(nèi)，ELI則被涂在管壁上充當(dāng)其跟固體電解質(zhì)之間的粘合劑。這意味著當(dāng)電池充電時(shí)，鋰金屬的波動(dòng)尺寸完全包含在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，其外部尺寸則保持不變。

團(tuán)隊(duì)得到的研究結(jié)果是電池正極的化學(xué)性和機(jī)械性在充放電過(guò)程中表現(xiàn)穩(wěn)定，而鋰也不會(huì)跟固體電解質(zhì)失去電接觸。對(duì)此，團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這是其他實(shí)驗(yàn)固態(tài)電池的重大進(jìn)步，因?yàn)橥ǔＧ闆r下固態(tài)電池需要混合某種液體電解質(zhì)才能工作。

據(jù)悉，團(tuán)隊(duì)對(duì)這種固態(tài)電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，根據(jù)報(bào)告了解到，該種電池能夠承受100次充放電循環(huán)，在這個(gè)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)任何斷裂的跡象。未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)將可能會(huì)制造出重量約為當(dāng)前設(shè)計(jì)1/4但存儲(chǔ)容量相同的陽(yáng)極。這一團(tuán)隊(duì)表示，通過(guò)跟其他先進(jìn)的陰極設(shè)計(jì)相結(jié)合，未來(lái)將可以生產(chǎn)出重量和尺寸跟現(xiàn)在相同但只需隔三天充一次電的智能手機(jī)。