当前，电动汽车的发展引人关注，业界对于新能源汽车的前景寄予厚望。作为核心部件的电池，选择什么样的正负极材料也备受争议。当前，锂离子电池提供了一种轻量级的储能解决方案。科学家一般认为，在这种电池中，用固体电解质代替常规的液体电解质具有显著的优点，这也就是通常所说的全固态锂离子电池。全固态金属锂电池应当是未来电动车电池的发展方向，但目前还有很多基础科研问题需要突破。

近日，锂离子电池的发明者、德克萨斯州大学奥斯汀分校工程学院的教授 John Goodenough ，带领工程师团队开发了首个全固态锂电池，使得电池变得更加安全、更加持久、充电更快速，它可以广泛应用于手持移动设备、电动汽车、固定储能系统。

Goodenough 和科克雷尔学院的高级研究员 Maria Helena Braga，一起完成了这项最新的突破性研究，这项研究论文最近发表于《能量和环境科学》杂志。他们研发的这种电池具有低成本、全固态、非易燃、长寿命、高体积能量密度、快速充放电等优点。

Goodenough 是著名的固体物理学家，是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人，锂离子电池的奠基人之一，被业界称为“锂电之父”。他对于材料科学与技术，特别是锂离子电池领域做出了重要贡献。

对于新发明的固态锂电池，Goodenough认为：“成本、安全、能量密度、充放电率、循环寿命，对于电池驱动的汽车更广泛的应用来说至关重要。我们相信我们的发明解决了现今的电池中的许多固有问题。”

据介绍，这种新型固态电池的能量密度至少是现今的锂电池的三倍。该新型电池也具有更多的充放电循环次数，从而使得电池使用更持久并且带来了更长的循环寿命。在实验中，研究人员使用的电池可循环1200次且低电阻。另外，它的充电速度也更快，由几小时缩短为几分钟。

如今一般的锂电池都使用的是液体电解质，电解液在电池的正负极之间运输锂离子。如果电池充电过快，从而在电解液内形成「枝晶」或者「金属晶须」，引发短路，进一步引发起火和爆炸。或者，如果锂电池放在阳光下暴晒，电解液的温度会极具升高。在高温下条件下，电解液发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧。

所以，研究人员使用「玻璃电解质」取代了液体电解质，使得碱金属阳极不会形成「枝晶」。

另外，因为固态玻璃电解质可以运行在零下20摄氏度的温度条件下，具有高导电性。配备这种电池的汽车能够在严寒天气中良好运行。这种玻璃电解质，让工程师们能够在阳极和阴极上镀上或者剥落碱金属，而不出现“枝晶 ”，这样可以「简化电池制造工艺」。

另外一项优势，就是电池能够使用环保材料进行制造。Braga 说：“这种玻璃电解质使用低成本的钠取代锂。钠，可从海水中提取，来源十分丰富。”

这种新型电解质已经通过德克萨斯州大学奥斯汀分校技术商业化办公室申请了专利。Goodenough 和 Braga 正继续推进电池相关的研究，致力于申请几个专利。短期来说，他们希望能够和电池制造商一起，在电动汽车和能量存储设备中，开发和测试这种新材料。这项研究由德克萨斯州大学奥斯汀分校支持，但是没有得到相关的资金资助。目前德克萨斯州大学奥斯汀分校的技术商业化办公室，正在和多个电池相关的工业领域的公司积极协商授权协议。

文章链接：

Braga, M.H., N. S. Grundish, A. J. Murchisona and J. B. Goodenough. Alternative strategy for a safe rechargeable battery. Energy Environ. Sci., 2017,10, 331-336 DOI: 10.1039/C6EE02888H

如若转载，请注明e科网。

如果你有好文章想发表or科研成果想展示推广，可以联系我们或免费注册拥有自己的主页