锂电池用冰锂电池到底怎么才能又安全又强续航？这次研究人员用上了“冰”|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

锂电池到底怎么才能又安全又强续航？这次研究人员用上了“冰”

移动设备近些年来在续航上遇到了瓶颈，各家厂商不得不通过增大电池容量来解决，不过这种方案也有问题，Note 7 的燃损事故就给整个行业劈头浇了一盆冷水。不过，寻求变革的研究人员并没有放弃，最近就有人开发了一种新的解决方案——冷凝法。它能在保证锂电池安全的情况下提升续航，而且可以弯折，适应未来的可弯折手机。

该解决方案用冰模板（ice-templating）垂直对齐了电池内固态电解质的结构，增强了导电性。这种新型电池的诞生也正好为概念中的柔性智能机（如三星 Galaxy X）和平板铺了路。

眼下，市场上可重复充电的锂电池用到的液体电解质高度易燃，极易造成安全问题，而去年的 Note 7 燃损事故的元凶就是它。因此，哥伦比亚大学工程和应用科学学院就决定尝试使用固体电解质来替换易燃的液体电解质。

传统液体电解质极易燃烧

他们使用冰模板让陶瓷固体电解质呈现出垂直对齐的柱状结构，而使用陶瓷固体电解质的电池明显更安全而且导电性更强。

雷锋网注意到，这种电池的制作方法也很新奇，研究人员先是在底部加入陶瓷颗粒并冷却水性溶液，随后让冰层生长，挤出一部分已经结冰的水性溶液，让陶瓷颗粒在电池中成为主流。最后，营造一个真空环境让冰升华为汽态，这样就完成了垂直对齐结构的搭建。

搞定垂直对齐结构后，需要将它与聚合物相结合，后者是一种由许多重复子单元组成的大分子，这样就能为电解质提供机械支撑并让它更富有柔韧性。

垂直对齐结构

“无论对于移动设备还是电动车，柔性固态锂电池都能一劳永逸的解决安全问题，同时它们还能增加电池的能量密度。”Yuan Yang 博士说道，他是哥大材料科学和工程学助理教授，同时也是该团队的领导。

在此前的实验中，研究人员用了一种该解决方案的变种。他们在聚合物电解质中用到了随机分散陶瓷粒子，此外还尝试了类纤维的陶瓷电解质，不过这些方案都无法实现垂直对齐。

“当时我们认为只要将陶瓷电解质垂直对齐结构与聚合物电解质相结合，就能让锂离子驶上快车道并增强电池的导电性。”Haowei Zhai 说道，他是研究报告的主笔，也是 Yuan Yang 博士的学生。

“我们相信这是业内首次使用冰模板制造柔性固体电解质，新的电解质不但安全可靠，而且无毒无害。新的方案优化了锂离子的导电性能，为下一代充电电池的开发打开了一扇窗。”Haowei Zhai 说道。

换用固体电解之后，原本锂电池负极使用的石墨层就能换成锂金属了，此举能将电池能量提升 60%-70%。

下一步，该团队准备优化电解质结合的质量并试装出这种新型电池。

Via. DailyMail

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想法清奇！清华科学家用冰做电解质，零下20℃传导十几种金属离子

相比于液态电解质，固态电解质由于更高的安全性、更大的能量密度和更长的使用寿命等优势，已经成为锂电池研究的关键问题。十年来，科学界和工程界经过不懈努力，发展了一系列可以传导各种离子的新材料。譬如可以传导Li+和Na+的固态电解质（钙钛矿，LiBH4，硫化物基玻璃/陶瓷，钠超级离子导体（NASICON）和石榴石等），可以传导Cu+和Ag+的超离子型和玻璃状电解质固态电解质（RbAg4I5和AgI·Ag2O·2B2O3）等等。

虽然进步显著，但仍有诸多问题悬而未决：

1）首先的一个问题就在于，固态电解质中，离子在固体晶格内传输机制并不清晰。

2）其次，由于在较低温度下，离子传输动力学较差，因此大多数已有的固体电解质只能在室温或高温下工作。

3）除此之外，目前还没有一种固态电解质，可以同时传导多种金属离子。

有鉴于此，清华大学伍晖课题组报道了一种想法清奇的新策略，他们用冰做固态电解质，可以在零下低温下传导十几种金属离子！

研究团队首先通过理论计算进行研究，采用了一种改进的NEB算法来计算扩散能垒。他们提出了Cu2+在冰晶格中的两种扩散路径，计算得到，两种路径的活化能分别为0.35 eV和0.44 eV，与石榴石型Li7La3Zr2O12固态电解质的0.32 eV相近。这一理论指导表明，金属离子可以通过电场驱动，在冰晶中传输。

研究者人员通过超快速冷冻水溶液，开发了一系列新型低温固态离子导电冰（ICI），在-20℃至-5℃温度范围内，冷冻含有不同阳离子的硫酸盐（Li+，Na+，Mg2+，Al3+，K+，Mn2+，Fe2+，Co2+，Ni2+，Cu2+和Zn2+）得到的ICI离子电导率范围为10-7 S cm-1的（Zn2+）~10-3 S cm-1（Li+）。此外，研究团队还在-40.0℃和-15.0℃的温度范围内测试了一组基于硝酸盐和氯化物的ICI，使用基于CuSO4的ICI，可以实现金属的电化学沉积。