鋰電池之父的科研新突破

創(chuàng)新這個詞，似乎離年輕人更近一些。然而有關(guān)94歲的老人來說，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)隊開發(fā)了首個全固態(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)院的高級研究員MariaHelenaBraga，一起完成了這項最新的突破性研究，這項研究的論文最近發(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)動的汽車更廣泛的應(yīng)用來說至關(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汽車的行駛距離，所以更高的能量密度意味著一輛汽車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)砹烁L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，假如鋰電池放在陽光下暴曬，電解液的溫度會極具升高。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)，使得堿金屬陽極不會形成「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能夠在嚴(yán)寒天氣中良好運(yùn)行。

制造工藝簡單

這種玻璃電解質(zhì)，讓工程師們能夠在陽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「簡化電池制造工藝」。

材料環(huán)保且來源豐富

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

"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，來源十分豐富。"

未來展望

當(dāng)Braga在葡萄牙波爾圖大學(xué)的時候，她就開始開發(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，Goodenough有關(guān)固體玻璃電解質(zhì)的組成和特性的理解，幫助她開發(fā)了這種新型電解質(zhì)，并且現(xiàn)在通過德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校技術(shù)商業(yè)化辦公室申請了專利。

Goodenough和Braga正繼續(xù)推進(jìn)電池相關(guān)的研究，致力于申請幾個專利。短時間來說，他們希望能夠和電池制造商一起，在電動汽車和能量存儲設(shè)備中，開發(fā)和測試這種新材料。

這項研究由德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校支持，但是沒有得到相關(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。