西门子系统集商-上海焕拓自动控制有限公司

新闻内容

当前位置:西门子PLC > 新闻内容 > 10微米厚的陶瓷电解质 让固态电池充电速度更快 > 正文

10微米厚的陶瓷电解质 让固态电池充电速度更快

西门子新闻内容   查阅次数:6175   更新时间: 2020-03-24 16:56

盖世汽车讯 多年来,专家们一直将固态电池视为理想的下一代电动汽车电池技术。这种电池采用的是固态电解质,而不是易燃液体电解质,比目前的锂离子电池更加安全。而且,固态电池用锂金属负极取代石墨负极,所以寿命更长,重量更轻,可以达到10倍的能量密度。现在,福特、现代、日产、丰田和大众等公司纷纷投资研究固态电池。

据外媒报道,Ion Storage Systems公司推出坚固、致密的陶瓷电解质。这种电解质只有10微米厚,与目前锂离子电池中使用的塑料隔板厚度相同;并且与当前的液体电解质一样,可以传导锂离子。该公司首席执行官Eric Wachsman称,它克服了固态电池的两个关键问题:电解质电阻高和载流量低。

此类电解质共分三层,中间一层是薄且致密的氧化锂陶瓷,两侧是稍厚一点的多孔陶瓷层。多孔陶瓷层上的超薄氧化铝涂层,有助于进一步降低电阻。

致密的中间层可以增加强度,防止陶瓷破碎;而且能够防止产生锂枝晶,让电池更加安全。另外,多孔氧化铝涂层允许锂离子快速进入电解质。现在,锂离子电池中所产生的锂枝晶,能够刺穿薄薄的塑料隔板,造成短路风险。

Wachsman表示:“独特的结构和界面处理方式,有利于降低电阻。高电阻一直是固态电池的难题。”因为锂离子在电极和电解质之间传输顺畅,所以,电池的电流密度高达10mA/Cm2。而且,在几乎不产生枝晶的情况下,电池可以实现快速充电,“大约需要5到10分钟。对固体电解质来说,这是前所未有的。”另外,该公司原型电池的能量密度约为300Wh/kg。目前,商用锂离子电池的最大能量密度为250wh /kg。

Wachsman和马里兰大学能源创新研究所的研究人员,利用名为流延成型的传统陶瓷制造技术,构建电解质结构,并进行高温烧结。研究团队之所以选择氧化物基陶瓷,而不是硫化物基陶瓷或玻璃、塑料电解质,是因为在最大电压范围内,氧化物运行状况良好,而且可以与锂金属负极和各类正极兼容。

目前,该公司正在其试点生产线上生产原型电池,现在已有几家客户有意合作。Wachsman称,如果进行大规模商业化生产,电池的成本能满足美国能源部$100/kWh的要求。

UNIST全固态打印双极锂硫电池 容量更大

超高容量耐火电池问世。新型全固态双极锂硫电池,可通过打印工艺制造,并提高性能和安全性。与商业化锂离子电池相比,具有更大的容量。

盖世汽车讯 据外媒报道,韩国蔚山科技大学能源与化学工程学院Sang-Young Lee教授领导的研究团队,首次展示双极全固态锂硫电池。该类型电池表现出卓越的安全性、灵活性和美观性。关键技术包括“打印工艺”和“双层聚合物电解质”,前者可像在物体上打印字母或图片一样制造电池,后者解决了锂硫电池长期存在的电池寿命短的问题。

锂硫电池使用锂作为负极材料,硫为正极材料,虽然能量密度大约比锂离子电池要高出5倍,但是,在充放电过程中产生的硫化物,会破坏电池性能。硫化物移向正极,并在正极表面形成一层薄膜,阻止锂离子传输,进而影响电流流动。

主要研究人员Se-Hee Kim表示:“与使用传统液体电解质的锂硫电池相比,采用双层固体电解质的锂硫电池,可以达到两倍以上的生命周期。这是一种固体电解质,但是可以通过柔软弯曲的凝胶,提升电池的机械和化学稳定性。另外,因为几个电池可以串联起来,工作电压很容易得到提升。”

对于制造全固态锂硫电池来说,“渐进性打印过程”具有诸多优点。比如可以在需要的部位上直接制造形状各异的电池,而不是局限于以往的方形外观。在本项研究中,研究人员在一个弯曲的机翼上,制造了一块按字母顺序排列的锂硫电池。

Lee教授说:“这项研究提出全新概念,即制造‘容量高、安全性强的全固态电池’,这是二次电池领域最受关注的问题之一。所生产的双极型ASSLSBs电池,在形状因数、机械灵活性和安全性方面,提升至前所末有的卓越水平。”

研究人员表示,双极型打印ASSLSB工艺的问世,有望为实际制造ASSLSBs电池提供简单灵活的途径。