锂电池怎样才能安全又续航？研究人员用“冰”解决_

　　移动设备近年在续航遇到瓶颈，各厂商不得不透过增大电池容量来解决，不过这种方案也有问题，Note 7 的爆炸事故就给整个产业劈头浇了一盆冷水。不过，求变革的研究人员并没有放弃，最近有人开发了一种新的解决方案──冷凝法，能在保证锂电池安全的情况下提升续航，且可以弯曲，适应未来的可弯曲手机。

　　该解决方案用冰模板（ice-templating）垂直对齐电池内固态电解质架构，增强导电性。这种新型电池的诞生也正好为概念中的柔性智能手机（如三星 Galaxy X）和平板电脑铺路。

　　眼下，市场上可重复充电的锂电池用的液体电解质高易燃性，极易造成安全问题，去年 Note 7 事故元凶就是它。因此，哥伦比亚大学工程和应用科学学院决定尝试使用固体电解质来代替易燃的液体电解质。

　　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架构，使用陶瓷固体电解质的电池明显更安全且导电性更强。

　　雷锋网注意到，这种电池的制作方法也很新奇。研究员先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，这样就完成了搭建垂直对齐架构。

　　搞定垂直对齐架构后，需要与聚合物相结合，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更富有柔韧性。

　　锂电池怎样才能安全又续航？研究人员用“冰”解决

　　垂直对齐架构

　　“无论移动设备还是电动车，柔性固态锂电池都能一劳永逸解决安全问题，同时还能增加电池能量密度。”Yuan Yang 博士说，他是哥大材料科学和工程学助理教授，同时也是该团队领导。

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

　　“当时我们认为只要结合陶瓷电解质垂直对齐架构与聚合物电解质，就能让锂离子开上快车道并增强电池的导电性。”Haowei Zhai 说，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。新的方案最佳化了锂离子的导电效能，为下一代充电电池的开发开启了一扇窗。”Haowei Zhai 说。

　　换用固体电解后，原本锂电池负极使用的石墨层就能换成锂金属了，此举能提升 60~70% 电池能量。

　　下一步，该团队准备最佳化电解质结合的品质并试装出这种新型电池。

Researchers say ICE could be the key to radical new long life lithium smartphone batteries and bendable handsets

A Flexible Solid Composite Electrolyte with Vertically Aligned and Connected Ion-Conducting Nanoparticles for Lithium Batteries

　　（本文由雷锋网授权转载；首图来源：Flickr/mliu92CC BY 2.0）

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