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      挪威理工大學重新探討聚合物陶瓷混合電解質 為下一代電動汽車電池制

      文章來源:未知時間:2022-05-04 點擊:

        火狐體育全站app蓋世汽車訊 隨著電動汽車迅速發展,人們迫切需要儲能更高的新型電池,以實現長續航里程。目前的鋰離子電池使用液態電解質,正在接近其理論能量密度極限。為了在不增加電池尺寸的情況下儲存更多的能量,研究人員正在探討固態電解質。與鋰離子電池相比,固態電池更加安全,更穩定。據外媒報道,挪威理工大學(NTNU)的研究人員發現,在開發下一代電池時,有一種一度被視為富有前景的電解質材料,現需要對其重新進行研究和審視。

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        一種名為聚(環氧乙烷)或PEO的聚合物,符合固態電解質的要求,因其靈活、輕便、易加工。然而,電解質需要具有良好的鋰離子傳導性,PEO無法滿足這一要求。另一方面,陶瓷材料具有良好的離子傳導性,但不具備聚合物的機械優勢。

        因此,研究人員向聚合物中添加陶瓷粉末填料。NTNU材料科學與工程系副教授 Daniel Rettenwander表示:“這一想法是將陶瓷顆粒放入這些聚合物中,然后以某種方式實現兩全其美。”事實上,以往確有很多報道稱,在添加了填料后,聚合物電解質能更好地傳導離子,甚至有觀點認為這些填料可以形成快速通道網絡,以便鋰離子通過材料。

        然而,在這項研究中,Rettenwander及其同事發現,這些填料實際上并不參與電解質中的鋰離子傳輸。也許與以往觀點有所不同,但這一發現可能幫助研究人員走上一條更有成效的道路,從而開發出更好的電池。

        研究人員用不同數量的氧化鋰石榴石陶瓷(LLZO)填料來制作薄膜,這些填充物以顆粒和線的形式存在,只有納米寬度。然后,使用掃描電子顯微鏡觀察薄膜的橫截面,并與奧地利里奧本材料研究中心(MCL)的Roland Brunner合作,使用X射線計算機斷層掃描技術從微觀尺度拍攝材料內部快照。

        將這些快照與材料性能的測量結果進行比較,可以得出關于填充顆粒如何影響聚合物中離子行為的結論。研究人員發現,這些顆粒和納米線均勻地分布在聚合物中,并沒有形成能夠加快鋰離子傳輸的網絡。含有更多填料的薄膜,實際上離子導電性較差,這支持了填料不參與離子傳輸的結論。Rettenwander表示:“僅僅在薄膜內添加填料并不能帶來任何改善。雖然有的陶瓷確實提高了性能,但并不代表這就是其固有特性。”

        那么,為什么一些實驗發現添加填料能夠提升電導率,而實際上它們并沒有在離子傳輸中起作用呢?研究人員認為,這可能是聚合物本身發生的變化給材料帶來了優勢,即從有序的晶體結構變成了更加無定形、不規則的形式。

        當然,這并不意味著在聚合物中添加填料,是固態電池研究的死胡同。Rettenwander表示:“使用填料仍然是一個很好的策略,只是僅在里面放填充物是不夠的。為了使這些薄膜發揮作用,必須改善聚合物和陶瓷之間的界面。”例如,Rettenwander正在研究一種方法,通過改變材料表面促進形成更好的鍵合。

        對于電動汽車中使用的固態電池而言,如果能找到一種方法將這兩種材料的優點結合起來,可以顯著減少充電次數。Rettenwander表示:“如果能夠制造固態電池,就可以將能量密度增加近一倍,使續航里程增加近兩倍。”

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