鋰電池到底怎麼才能又安全又強續航？這次研究人員用上了“冰”

移動設備近些年來在續航上遇到了瓶頸，各家廠商不得不通過增大電池容量來解決，不過這種方案也有問題，Note 7 的燃損事故就給整個行業劈頭澆了一盆冷水。不過，尋求變革的研究人員並沒有放棄，最近就有人開發了一種新的解決方案——冷凝法。它能在保證鋰電池安全的情況下提升續航，而且可以彎折，適應未來的可彎折手機。

該解決方案用冰範本（ice-templating）垂直對齊了電池內固態電解質的結構，增強了導電性。這種新型電池的誕生也正好為概念中的柔性智慧機（如三星 Galaxy X）和平板鋪了路。

眼下，市場上可重複充電的鋰電池用到的液體電解質高度易燃，極易造成安全問題，而去年的 Note 7 燃損事故的元兇就是它。因此，哥倫比亞大學工程和應用科學學院就決定嘗試使用固體電解質來替換易燃的液體電解質。

傳統液體電解質極易燃燒

他們使用冰範本讓陶瓷固體電解質呈現出垂直對齊的柱狀結構，而使用陶瓷固體電解質的電池明顯更安全而且導電性更強。

雷鋒網注意到，這種電池的製作方法也很新奇，研究人員先是在底部加入陶瓷顆粒並冷卻水性溶液，隨後讓冰層生長，擠出一部分已經結冰的水性溶液，讓陶瓷顆粒在電池中成為主流。最後，營造一個真空環境讓冰昇華為汽態，這樣就完成了垂直對齊結構的搭建。

搞定垂直對齊結構後，需要將它與聚合物相結合，後者是一種由許多重複子單元組成的大分子，這樣就能為電解質提供機械支撐並讓它更富有柔韌性。

垂直對齊結構

“無論對於移動設備還是電動車，柔性固態鋰電池都能一勞永逸的解決安全問題，同時它們還能增加電池的能量密度。”Yuan Yang 博士說道，他是哥大材料科學和工程學助理教授，同時也是該團隊的領導。

在此前的實驗中，研究人員用了一種該解決方案的變種。他們在聚合物電解質中用到了隨機分散陶瓷粒子，此外還嘗試了類纖維的陶瓷電解質，不過這些方案都無法實現垂直對齊。

“當時我們認為只要將陶瓷電解質垂直對齊結構與聚合物電解質相結合，就能讓鋰離子駛上快車道並增強電池的導電性。”Haowei Zhai 說道，他是研究報告的主筆，也是 Yuan Yang 博士的學生。

“我們相信這是業內首次使用冰範本製造柔性固體電解質，新的電解質不但安全可靠，而且無毒無害。新的方案優化了鋰離子的導電性能，為下一代充電電池的開發打開了一扇窗。”Haowei Zhai 說道。

換用固體電解之後，原本鋰電池負極使用的石墨層就能換成鋰金屬了，此舉能將電池能量提升 60%-70%。

下一步，該團隊準備優化電解質結合的品質並試裝出這種新型電池。

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DailyMail

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