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新型电池纤维素隔离膜问世 防漏电与高效率可以兼得
罗纳尔多 2016-07-26
导语

最近,韩国蔚山国立科技学院研究人员设计了一种纤维素纳米垫隔离膜,在一层较厚的大孔聚合物上加了一层薄薄的多孔纤维素,有效解决了传统电极隔离膜难以兼顾防漏电与离子高效传输的矛盾。

为防止电池漏电短路,通常要在电池两极间涂一层多孔薄膜进行隔离。

据科技日报北京7月25日消息,最近,韩国蔚山国立科技学院研究人员设计了一种纤维素纳米垫(c-mat)隔离膜,在一层较厚的大孔聚合物上加了一层薄薄的多孔纤维素,有效解决了传统电极隔离膜难以兼顾防漏电与离子高效传输的矛盾。

事实上,早在2012年他们就已经制作出锂离子电池隔离膜,当时也是利用纤维素既具有优秀的传导性,还具有电气化学的安全性,并且可用于多种电解液之中等 特性,才制造出高品质的锂离子电池。这一次,韩国科学家再次发力,使用对锰离子有更少副作用的活性纤维素c-mat隔离层,让电池在高温下的循环性能进一 步提升,为新型高效电池再次添砖加瓦。

新型隔离膜工作原理

研究人员最近发表于《纳米快报》的论文称,他们开发的新型c-mat隔离膜上层是较薄的功能化纳米纤维,下层是较厚的聚合物。通过微调两层的厚度, 在防漏电和支持离子快速传输间实现了精微的平衡:纤维素层微小的纳米孔能预防电极间电流泄露;聚合物层较大的孔道作为离子“高速路”支持电荷迅速传输。它还有一个重要优势,在60℃高温下,使用c-mat膜的电池经100次循环后仍保留80%的电量,而同样温度下用传统聚合物隔离层的电池只剩5%的电量。

研究人员解释说,商业电池内锂盐和水会发生副反应,生成锰离子等有害副产品,导致高温下电量大大损耗。c-mat膜上的纳米孔纤维素能与锰离子螯合,阻止它们参与反应,而大孔聚合物层也能捕获产生锰离子的酸性反应物,所以,一开始锰离子就较少。

论文合著者、该校能源与化学学院教授李杉阳说,他们的研究证明了活性纤维素c-mat隔离层能减少锰离子的副作用,改善电池在高温下的循环性能,效果超过目前最先进的传统隔离膜技术。

未来将扩展到电动车,海水淡化等领域

下一步,他们打算改造隔离层,使其能用于钠离子电池、锂-硫电池和金属离子电池等下一代充电电池中。李杉阳预测,用c-mat做隔离膜的下一代高性能电池高温稳定性好,不仅可用在电动车电池、电网储电系统中,也有望用在海水淡化和重金属离子监测等方面。

文章链接:

Sang-Young Lee, et al, "Functionalized Nanocellulose-Integrated Heterolayered Nanomats toward Smart Battery Separators," Nano Lett.,DOI:10.1021/acs.nanolett.6b02069

(本文文字来源:科技日报,作者:常丽君;略有修改)

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作者 罗纳尔多

学生

北京理工大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科

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