哥倫比亞大學(xué)用氮化硼納米涂層確保電池安全
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- 發(fā)布日期：2019-11-27
據(jù)相關(guān)報道，提升電池能源存儲能力，增加電池壽命，同時確保電池安全運(yùn)行，解決上述挑戰(zhàn)變得越來越重要，因為大家都越來越依賴移動式設(shè)備和電動汽車等需要此種能源的設(shè)備。但是，當(dāng)?shù)貢r間4月22日，由材料科學(xué)和工程系助理教授Yuan Yang領(lǐng)導(dǎo)的哥倫比亞大學(xué)工程團(tuán)隊宣布，已經(jīng)研發(fā)出一種新方法，可通過植入氮化硼（BN）納米涂層，穩(wěn)定鋰金屬電池中的固態(tài)電解質(zhì)，從而安全地延長電池壽命。
目前，傳統(tǒng)鋰離子電池廣泛用于日常生活，此類電池能量密度低，從而導(dǎo)致壽命較短，而且由于電池內(nèi)部含有高度易燃的液體電解質(zhì)，可能還會短路甚至起火。使用鋰金屬替代鋰離子電池中的石墨陽極，是可以提高電池的能量密度；鋰金屬理論上充電容量比石墨高近10倍。但是在鍍鋰的過程中，容易生成枝晶，如果枝晶穿透電池中間的隔膜，就會造成短路，從而引發(fā)電池安全擔(dān)憂。
Yang表示：“我們決定專注于固體、陶瓷電解質(zhì)。與傳統(tǒng)鋰離子電池中的易燃電解質(zhì)相比，固體陶瓷電解質(zhì)在提高安全性和能量密度方面顯示出巨大潛力”。
大多數(shù)固體電解質(zhì)都是陶瓷的，因而不易燃，消除了安全隱患。此外，固體陶瓷電解質(zhì)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，實際上可以抑制鋰枝晶的生長，從而使鋰金屬能夠成為電池陽極涂層。但是，大多數(shù)固體電解質(zhì)對鋰離子不穩(wěn)定，容易被鋰金屬腐蝕，不能用于電池。
為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，該研究團(tuán)隊與美國布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Lab）以及紐約城市大學(xué)（the City University of New York）合作，研究人員沉積了5至10納米的氮化硼（BN）納米膜用作保護(hù)層，隔絕金屬鋰和離子導(dǎo)體（固體電解質(zhì)）之間的電接觸，并加入少量聚合物或液體電解質(zhì)滲入電極/電解質(zhì)界面。研究人員選擇氮化硼用作保護(hù)層是因為其在化學(xué)上和機(jī)械上都對鋰穩(wěn)定，電子絕緣水平高。研究人員設(shè)計的氮化硼內(nèi)部有洞，鋰離子可從中穿過，從而成為一個優(yōu)秀的分離器。此外，利用化學(xué)氣相沉積法制備氮化硼，容易生成大尺度（分米級）、類似原子的薄尺度（納米級）的連續(xù)薄膜。
研究人員目前正將其方法擴(kuò)展應(yīng)用到各種不穩(wěn)定固體電解質(zhì)中，并進(jìn)一步優(yōu)化界面，希望能夠制造出高性能、循環(huán)壽命長的固態(tài)電池。
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