據(jù)外媒近日?qǐng)?bào)道，研究人員發(fā)現(xiàn)一種用于鋰離子電池的新型粘合劑，該物質(zhì)不僅能夠提高能源儲(chǔ)存效率，同時(shí)還能減少有毒物質(zhì)在電池組件中的使用。
這種被稱作藻酸鹽的物質(zhì)是從普通、容易繁殖的褐色海藻中提取。根據(jù)現(xiàn)在的測(cè)試，藻酸鹽能有效提高儲(chǔ)電量。這個(gè)新發(fā)現(xiàn)是由喬治亞技術(shù)學(xué)院和克萊姆森大學(xué)共同研發(fā)。喬治亞技術(shù)學(xué)院助理教授格雷伯表示，通過藻酸鹽，我們可以研發(fā)出造價(jià)低、儲(chǔ)能高的電池，同時(shí)電池運(yùn)行時(shí)間也將延長(zhǎng)。這種新電池有望為構(gòu)筑更為節(jié)能高效的經(jīng)濟(jì)作出巨大貢獻(xiàn)，因?yàn)檫@將應(yīng)用在電動(dòng)汽車、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)電話上，電池的運(yùn)行時(shí)間將因此延長(zhǎng)，而這些技術(shù)都有利于環(huán)境保護(hù)。
科學(xué)家希望能提高電池中粘合劑的效能。粘結(jié)劑是鋰離子電池中的輔助材料，它是用來將電極活性物質(zhì)粘附在電極集流體上的高分子化合物。對(duì)于在充放電過程中體積會(huì)膨脹收縮的鋰離子蓄電池正負(fù)極來說，要求粘合劑對(duì)此能夠起到一定的緩沖作用，因此選擇一種合適的粘合劑很重要。目前，工業(yè)上普遍采用聚偏氟乙烯（PVDF）的鋰離子蓄電池的粘結(jié)劑，N-甲基砒咯烷酮做分散劑（NMP）。由于NMP價(jià)格較貴，揮發(fā)溫度較高，而且有機(jī)溶劑的揮發(fā)會(huì)造成一定的環(huán)境污染，于是人們嘗試其他粘結(jié)劑。
現(xiàn)有鋰離子電池的陽極材料以石墨化碳材料為主，從理論上來講，硅的蓄電量是石墨的10倍，但是硅的陽極在實(shí)際運(yùn)用中還不是很穩(wěn)定。對(duì)于粘合劑的挑戰(zhàn)，其中之一就是未來用在電池中的陽極必須允許硅納米粒子的膨脹收縮，并且現(xiàn)有電極是用聚偏氟乙烯作為粘合劑，這是用一種有毒的溶劑制成的。對(duì)比聚偏氟乙烯，藻酸鹽的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，在制造陽極時(shí)，藻酸鹽可溶解在水中，這就不需要用甲基吡咯烷酮，有可能形成一種更清潔的生產(chǎn)工藝。研究人員認(rèn)為，粘結(jié)劑可以集成到現(xiàn)有的陽極制造系統(tǒng)，只需把聚偏氟乙烯和甲基吡咯烷酮必需品替換為藻酸鹽和水。藻酸鹽也可以用來改善石墨陽極的性能，帶來更多的充電和放電循環(huán)，延長(zhǎng)電池使用壽命。
找到合適的物質(zhì)是提高鋰離子電池性能的關(guān)鍵一步，這樣才能走向大規(guī)模的應(yīng)用，從汽車到手機(jī)。輕量級(jí)受歡迎的電池是通過在電解質(zhì)中兩極中傳遞鋰離子來實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的。在充電和用電過程中，如果鋰離子能夠更高效地往返于兩極，電池的蓄電力將更優(yōu)秀。克萊姆森大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授克雷門森表示：“我們目前正在尋找這種天然的物質(zhì)，比如那些在富含高粒子鹽水中生長(zhǎng)的水生植物，由于電池中的電極沉浸在液體的電解質(zhì)中，我們感覺到這種水生植物，特別是在特種鹽水中生長(zhǎng)的水生植物，是自然粘合劑的很好代表。”
由于海水富含離子, 研究人員認(rèn)為藻酸鹽是完美的天然粘合劑。測(cè)試證明,從褐色海藻中提取的藻酸鹽確實(shí)可以作為粘合劑用在硅陽極上。通過沸騰的蘇打水就可以完成提取過程, 這使得儲(chǔ)能成本降低，同時(shí)，存儲(chǔ)能量也大幅提高，由于藻酸鹽可溶于水, 這意味著生產(chǎn)過程會(huì)更加清潔。藻酸鹽成本低廉，目前已經(jīng)用于食品、醫(yī)藥制備、造紙和其他行業(yè)中。因?yàn)樵逅猁}所分布的羧基群很有序，雖然向羧甲基纖維素也可以產(chǎn)生羧基群，但是由于成本高，且分布不均勻，因此受歡迎程度不高。
據(jù)悉，在研究人員開發(fā)出可匹配的陰極之前，硅陽極的潛力不可能被充分發(fā)揮，這種陰極能夠處理相同數(shù)量的鋰離子。不過，即使用現(xiàn)有的陰極，褐藻膠-硅陽極也可使鋰離子電池容量增加30％至40％。
