電池技術(shù)及產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)及測(cè)試

隨著各國燃油車禁售令的陸續(xù)發(fā)布，電動(dòng)車將逐步取代傳統(tǒng)的汽油車及柴油車，這已成為業(yè)內(nèi)所熟知的行業(yè)趨勢(shì)。為提升電動(dòng)車的續(xù)航里程數(shù)，各國的大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)也紛紛致力于電池技術(shù)及產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)及測(cè)試。

小編將蓋世新技術(shù)版塊中的新聞進(jìn)行了匯總，供各位讀者品鑒：

美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校與韓國首爾國立大學(xué)

關(guān)鍵詞：錳基鈉離子、鋰電池

美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校（University of Texas， Dallas）與韓國首爾國立大學(xué)（Seoul National University）共同研發(fā)出一款全新電池，其采用錳基鈉離子（manganese and sodium-ion-based material）材料。該材料或?qū)⒔档碗姵爻杀?，且生態(tài)環(huán)保性更佳，所制成的電池可供電動(dòng)車使用。

他們采用鈉取代了陽極內(nèi)占比最大的材料——鋰，并用錳取代價(jià)格更為昂貴、儲(chǔ)量更為稀缺的鈷和鎳。該研究團(tuán)隊(duì)采用了合理的原材料配比并攻克了上述技術(shù)難題。他們先采用了計(jì)算機(jī)模擬，進(jìn)而測(cè)定了電池達(dá)到最佳性能時(shí)各原子的配置，然后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了大量的材料測(cè)試直至研發(fā)成功。

麻省理工學(xué)院（MIT）

關(guān)鍵詞：固態(tài)電池、鋰滲透、固態(tài)電解質(zhì)、表面光滑度

據(jù)外媒報(bào)道，麻省理工大學(xué)（MIT）的研究人員與德國的同行們共同提出，若采用表面光滑的固態(tài)電解質(zhì)（solid electrolyte），可防止有害的鋰滲透（Li infiltration）現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)而提升固態(tài)鋰離子電池的性能。據(jù)新分析表明，表面的光滑度才是該問題的關(guān)鍵所在，電解質(zhì)表面的細(xì)微裂紋及劃痕將導(dǎo)致金屬物的積聚。

在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)（electrochemical reaction）后，來自電解質(zhì)的鋰（離子）將開始積聚到其表面細(xì)微瑕疵（包括：細(xì)微的凹點(diǎn)、裂痕、劃痕）處。一旦鋰離子開始在瑕疵處形成積聚，這一情況將會(huì)持續(xù)下去。

這表明研究人員需要將研究重心放在提升固態(tài)電解質(zhì)表面的光滑度，這樣或?qū)⑾驑O大地減少電池固態(tài)電解質(zhì)樹突的生成數(shù)量。為避免產(chǎn)生易燃問題，或許未來還會(huì)采用固態(tài)鋰金屬電極。此外，該舉措或?qū)⑹逛囯x子電池的能量密度翻番。

東京工業(yè)大學(xué)

關(guān)鍵詞：無鍺固態(tài)電解質(zhì)、全固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)、優(yōu)化LGPS框架結(jié)構(gòu)提升性能

東京工業(yè)大學(xué)（Tokyo Institute of Technology）的研究人員研發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)方案——無鍺固態(tài)電解質(zhì)，可降低固態(tài)鋰電池的成本，并致力于將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到電動(dòng)車、通信及其他行業(yè)中。

無鍺固態(tài)電解質(zhì)

該研究團(tuán)隊(duì)在在美國化學(xué)會(huì)（ACS）期刊——《材料化學(xué)（Chemistry of Materials）》上發(fā)表了論文，其技術(shù)方案為：采用錫與硅替代固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)的鍺（germanium）元素，因?yàn)樯鲜鰞身?xiàng)材料的化學(xué)穩(wěn)定性更強(qiáng)。相較于液態(tài)電解質(zhì)，新材料提升了鋰離子的導(dǎo)電率。在談?wù)撈溲芯砍晒麜r(shí)，Ryoji Kanno與他的同事表示：“這款固態(tài)電解質(zhì)不含鍺，未來或許所有固態(tài)電池都會(huì)采用該電解質(zhì)?！?/p>

全固態(tài)電池LiCoO2/LGPS/In-Li采用LGPS電解質(zhì)，其充放電性能相當(dāng)出色。然而，鍺元素價(jià)格相對(duì)較貴，或?qū)⑾拗芁GPS材料的廣泛應(yīng)用。在設(shè)計(jì)鋰離子導(dǎo)體時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)類型也是一項(xiàng)重要因素。未來，硅基及錫基的無鍺材料均可能被用作為固態(tài)電解質(zhì)并得到實(shí)際應(yīng)用。

全固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)

相較于采用鋰離子導(dǎo)電液體的常見鋰離子電池，未來的全固態(tài)電池?fù)碛幸韵聝?yōu)勢(shì)：安全性及可靠性得到提升，儲(chǔ)能量較高、使用壽命更長(zhǎng)。

超離子導(dǎo)體（superionic conductors）——固態(tài)晶體（solid crystals）的研究發(fā)現(xiàn)提升了鋰離子的移動(dòng)速率，進(jìn)而促進(jìn)這類電池的研發(fā)進(jìn)展，但這款前景較好的設(shè)計(jì)卻一度依賴于對(duì)稀有金屬鍺的應(yīng)用，由于其價(jià)格過于昂貴，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

優(yōu)化LGPS框架結(jié)構(gòu)提升性能

在最近發(fā)布的一篇論文中，研究人員保留了相同的LGPS框架結(jié)構(gòu)，對(duì)錫、硅及其他成分的原子的速率及位置分布進(jìn)行了精密調(diào)整。其研究成果LSSPS材料（成分：Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12 (Li3.45[Sn0.09Si0.36]P0.55S4)）在室溫下的鋰離子導(dǎo)電性為1.1 x 10-2 S cm-1，幾乎接近最初的LGPS結(jié)構(gòu)的性能。

盡管還需要進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整，研究人員可根據(jù)其不同的用途來優(yōu)化材料性能，為降低生產(chǎn)成本帶來了新希望，且不必犧牲材料的性能。