據(jù)外媒報(bào)道，韓國(guó)蔚山科學(xué)技術(shù)院（UNIST）的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)展示了一種簡(jiǎn)單而有效的延長(zhǎng)全固態(tài)電池壽命的方法——通過拉伸薄膜狀電解質(zhì)來提高電池的安全性和性能。

圖片來源：期刊《 Energy Storage Materials 》

該研究團(tuán)隊(duì)由蔚山科學(xué)技術(shù)院能源與化學(xué)工程學(xué)院的Seok Ju Kang教授領(lǐng)導(dǎo)，并與淑明女子大學(xué)（Sookmyung Women's University）的Se Hun Joo教授合作，開發(fā)了一種新型成膜電解質(zhì)，能夠延長(zhǎng)固態(tài)電池的壽命。該研究成果發(fā)表在期刊《儲(chǔ)能材料》（Energy Storage Materials）上。

新型電解液的工作原理

電解液是電池中鋰離子在正負(fù)極之間移動(dòng)的介質(zhì)。目前，商用電動(dòng)汽車電池和大型儲(chǔ)能系統(tǒng)主要使用易燃的液態(tài)電解液。

雖然用固態(tài)聚合物電解液替代液態(tài)電解液可以降低火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)，但固態(tài)聚合物電解液歷來存在鋰離子遷移率較低的問題，導(dǎo)致電池容量在反復(fù)充放電循環(huán)后下降。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種氟化聚合物基薄膜電解質(zhì)（PVDF-TrFE-CFE），可顯著提高鋰離子傳輸性能。其關(guān)鍵創(chuàng)新在于應(yīng)用了單軸拉伸工藝，使聚合物鏈沿單一方向排列。

這種物理拉伸展開了聚合物原本復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，為鋰離子的運(yùn)動(dòng)開辟了連續(xù)的通道。此外，將陶瓷粉末（LLZTO）摻入聚合物基體中，可增強(qiáng)其機(jī)械柔韌性、阻燃性和離子電導(dǎo)率。

性能和安全性提升

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與未拉伸的樣品相比，拉伸后的聚合物電解質(zhì)中鋰離子擴(kuò)散速率提高了4.8倍，離子電導(dǎo)率提高了72%。

當(dāng)將拉伸后的電解質(zhì)應(yīng)用于以磷酸鐵鋰（LFP）為正極的鋰金屬電池時(shí)，電池壽命顯著延長(zhǎng)。經(jīng)過200次充放電循環(huán)后，這些電池仍能保持約78%的初始容量，而使用未拉伸電解質(zhì)的電池僅能保持55%的初始容量。

阻燃測(cè)試證實(shí)了新型電解質(zhì)的安全性優(yōu)勢(shì)；火焰在點(diǎn)燃后僅需4秒即可熄滅。

對(duì)電池商業(yè)化的影響

“這項(xiàng)研究表明，聚合物電解質(zhì)固有的問題——例如鋰離子傳輸受阻——可以通過拉伸等簡(jiǎn)單的物理過程得到有效解決，”該研究的第一作者、UNIST能源與化學(xué)工程學(xué)院的Jonggeon Na表示。

Kang教授補(bǔ)充道：“與無機(jī)固體電解質(zhì)相比，聚合物電解質(zhì)更具柔韌性，也更容易大規(guī)模生產(chǎn)。本研究開發(fā)的方法可應(yīng)用于各種類型的聚合物電解質(zhì)，從而加速更安全、更持久的全固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程?！?/p>