能量密度加倍 固態電池製造工藝獲突破

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【大紀元2022年03月24日訊】(大紀元記者張妮編譯報導)固態電池是大量科學家看好的新一代電池技術。最近,麻省理工學院(MIT)的科學家在其製造工藝上獲得突破,極大提升了固態電池的穩定性。

現在常見的電池裡面的電解質是液體,固態電池使用固體材料作為電解質從而得名。同等重量的固態電池儲能是現在電池的兩倍,不僅如此,固態電池還消除了現在鋰離子電池最讓人擔心的起火爆炸的顧慮。

然而,固態電解質和兩個電極之間接觸面的不穩定性,是目前束縛固態電池發展的一個主要瓶頸。這個障礙導致固態電池壽命太短。多數技術嘗試在兩者的接觸面上使用各種材料的塗層,以改善電解質和電極之間結合的穩定度。但是塗層技術又為電池的製造工藝增加了難度和成本。

現在,麻省理工學院和布魯克海文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)的研究人員合作,發明了一個新方法解決這個問題,效果與使用塗層相當、甚至更好。

主要研究者之一麻省理工學院材料科學教授比爾格·伊爾迪茲(Bilge Yildiz)說:「固態電池成為炙手可熱的技術已經很久了,有很多原因,主要的優勢是它們更安全、能量密度更高。」但是固態電池主要有兩個技術障礙,固態電解質的導電性,以及電解質和電極接觸面的穩定性。

伊爾迪茲說,現在固態電解質的導電性基本上已經不成問題,很多研究人員展示了各種高性能的固態電解質材料。因此電解質和電極接觸面的穩定性是個更大的挑戰。而且,這個不穩定在電池製造的過程和使用的過程中都會體現出來。

伊爾迪茲說這份研究解決了電池生產過程的不穩定問題,具體地說,他們用簡單的方法改進了燒結(sintering)的流程。燒結是一種在高溫下把固體材料壓製及成形的工藝過程。

固態電池的燒結過程是在上千攝氏度的高溫下,把陶瓷材料簡單地壓制粘合在一起,可是其中會有很多縫隙,使得接觸面之間的電阻較大。

這份研究發現,這樣的燒結過程出現縫隙和產生各種雜質化合物的原因,是因為燒結的過程存在二氧化碳的緣故,如果在純氧的環境下進行這道工序,就不會產生任何化合物雜質,而且接觸面會貼合得很好。同時,操作溫度只需要700攝氏度左右即可。

現在,研究組在進一步檢查這種工藝製成的固態電池的使用情況,也就是這種特殊工藝造出的電解質和電極接觸面在電池使用時候的性能。

一些大公司,比如豐田(Toyota)已經開始製造固態鋰離子電池。這項研究的成果很快將有助於這些公司改進他們的固態電池技術。

這份研究2月17日發表於《高級能源材料》(Advanced Energy Materials)期刊。◇

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