中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近期，三項(xiàng)圍繞電池技術(shù)的研究出爐，分別針對(duì)鋰-二氧化碳電池、雙離子電池和固態(tài)電池，研究方向不約而同集中在效率、成本、耐用性、導(dǎo)電性等方面。全球范圍內(nèi)，隨著可再生能源、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等行業(yè)迅猛發(fā)展，電池技術(shù)也不斷迭代更新，尋求技術(shù)突破和創(chuàng)新已成為電池科研領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。
■■ 新平臺(tái)提升
鋰-二氧化碳電池效率
集儲(chǔ)能、放電、減碳等優(yōu)勢(shì)于一身的鋰-二氧化碳電池技術(shù)，目前受到能源科技領(lǐng)域廣泛關(guān)注。英國(guó)薩里大學(xué)、帝國(guó)理工學(xué)院與北京大學(xué)日前共同研發(fā)了一個(gè)新型電化學(xué)測(cè)試平臺(tái)，能夠找到更高效的催化劑，進(jìn)而提升鋰-二氧化碳電池效率，比傳統(tǒng)制造這些材料的方法更具成本效益、效率和可控性。
據(jù)了解，鋰-二氧化碳電池是鋰-空氣電池的一種，既是新型電池，也是一種新型能源存儲(chǔ)技術(shù)。英國(guó)學(xué)術(shù)期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》指出，鋰-二氧化碳電池的電池能量密度是傳統(tǒng)鋰離子電池的7倍以上，還能夠在輸出電能的同時(shí)固碳。
英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院副教授、英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室資深科學(xué)家、研究通訊作者趙云龍表示：“通過(guò)在平臺(tái)上測(cè)試和篩選，我們發(fā)現(xiàn)，鉑納米粒子作為催化劑時(shí)，電池具有明顯的最小極化表現(xiàn)、最高的可逆性以及新的反應(yīng)路徑，展示出了優(yōu)越的性能。”
據(jù)了解，該平臺(tái)的引入不僅能擴(kuò)大對(duì)高性能鋰-二氧化碳電池發(fā)展的理解和認(rèn)知，而且還能夠促進(jìn)其他基于催化劑的能源轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存體系的發(fā)展，如金屬空氣電池、電催化、燃料電池、光電化學(xué)電池等。
■■ 新粘合劑解決
雙離子電池耐用性
韓國(guó)浦項(xiàng)理工大學(xué)一個(gè)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)則研究開(kāi)發(fā)出了一種新型聚合材料，這種材料具有極強(qiáng)的粘合能力和機(jī)械加工性能，極大解決了雙離子電池的耐用性問(wèn)題。
雙離子電池同時(shí)利用鋰離子和反陰離子，提供類似于傳統(tǒng)電池的高能量密度，這使得其能夠儲(chǔ)存大量能量。然而，由于陰離子較大，導(dǎo)致石墨陽(yáng)極材料在充放電過(guò)程中膨脹和收縮，從而使得電池耐用性下降。
浦項(xiàng)理工大學(xué)研究小組引入了一種新的聚合物粘合劑，包括疊氮化物基團(tuán)和丙烯酸酯基團(tuán)。疊氮化物基團(tuán)通過(guò)紫外光促進(jìn)的化學(xué)反應(yīng)與石墨形成牢固共價(jià)鍵，確保石墨在膨脹和收縮過(guò)程中的結(jié)構(gòu)完整性。與此同時(shí)，丙烯酸酯基團(tuán)促進(jìn)石墨和粘結(jié)劑之間的重新連接。
研究小組負(fù)責(zé)人樸秀珍表示，雙離子電池不僅具有成本效益，還可以利用豐富的石墨資源。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，配備這種新的聚合物粘合劑的雙離子電池，即使在經(jīng)歷了超過(guò)3500次充電循環(huán)后仍能保持出色性能，而且還能實(shí)現(xiàn)快速充電，僅需2分鐘即可恢復(fù)約88%的原始容量。
國(guó)際期刊《先進(jìn)材料》指出，除了電池，這種新型聚合材料還可以廣泛應(yīng)用于柔性電路、顯示屏、能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域。
■■ 新設(shè)計(jì)改善
固態(tài)電池電導(dǎo)率
韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所納米粒子研究中心在下一代固態(tài)電池領(lǐng)域取得重大突破。該中心一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型氯化物固體電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)在氯化物電解質(zhì)中改變金屬離子分布，創(chuàng)造了具有更高離子電導(dǎo)率、更廉價(jià)的氯化物固態(tài)電解質(zhì)，極大改善了固態(tài)電池的電導(dǎo)率。
美國(guó)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》指出，新設(shè)計(jì)將為各種氯基固體電解質(zhì)的發(fā)展鋪平道路，并進(jìn)一步推動(dòng)固態(tài)電池的商業(yè)化，有望提高儲(chǔ)能的可負(fù)擔(dān)性和安全性。
一直以來(lái)，商用電池面臨的最大問(wèn)題之一就是液體電解質(zhì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高，因此固態(tài)電池成為主要研究方向之一。但此前研發(fā)的高離子電導(dǎo)率的硫化物和氧化物電解質(zhì)，受制于元素短缺問(wèn)題，使得固態(tài)電池大規(guī)模量產(chǎn)成為難題。
韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所納米粒子研究中心的研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)引入設(shè)計(jì)電解質(zhì)的策略，最終成功開(kāi)發(fā)出了具有高離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)——基于鋯的鋰金屬氯化物，此類固態(tài)電池比采用稀土金屬的電池便宜得多。該研究通訊作者Kisuk Kang表示，這個(gè)電解質(zhì)的研發(fā)成功，有望推動(dòng)固態(tài)電池大規(guī)模應(yīng)用加速落地。
