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韩国研发多功能隔膜 有望大幅降低电池成本

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58京牌 2020年诺贝尔化学家被授予给了锂离子可充电电池研发人员,而此类电池也是小型IT设备、等电子设备的基本能源来源。美国领先汽车制造商特斯拉最近也强调,需要建立创新电池生产系统、降低电池成本,因为电池的价格在电动汽车中占有很大的比重,降低电池的成本对于普及电动汽车而言非常关键。

为此,,韩国浦项科技大学(POSTECH)与韩国蔚山大学(Ulsan College)建立的一个联合研究小组研发了一种多功能隔膜,即使在周围环境条件下组装电芯,该款仍可工作。该小组由浦项科技大学化学系教授Soojin Park 和博士候选人Hye Bin Son牵头,蔚山大学Seungmin Yoo教授也参与其中。

使用多功能隔膜在周围环境下制造电池(图片来源:浦项科技大学)

由于电池内部的电解质会与水分发生反应,进而退化,因此,通常都是在干燥的房间中组装锂离子电池,而且该房间的湿度需要维持在低于1%。不过,维护一个干燥的房间十分昂贵。

为了解决该问题,研究人员曾向电解质注入添加剂以抑制水分或氢氟酸等杂质。但是,此类行为会在电池运行时造成不必要的副作用。事实上,当电池在高温下(50摄氏度或以上)被激活时,即使只有一点点水分也会导致电池的性能快速恶化。因此,需要有一种材料能够捕获电池中的水分和杂质,同时也不会对添加剂产生不利的电化学反应。

因此,该联合研究小组引入了功能材料,能够在电池隔膜上捕获水分,以增加电池的热稳定性和性能。此种多功能隔膜展示了优异的耐热性(在140摄氏度下存储30分钟,只收缩10%,而传统的隔膜会收缩50%),并且在55摄氏度的高温下表现出得到优化的电化学性能,充电100次仍保有79%的原有容量。

此外,研究人员还证实电解质中的该种功能材料在充满杂质的环境中仍有效。此种合成功能陶瓷电池表面的硅烷化合物能够很好地捕获水分并且维持电池的陶瓷结构,但是一般的陶瓷材料会受到酸化电解液的腐蚀。此外,通过此次研究,该小组证实了此种在周围环境下生产的多功能隔膜比传统的隔膜寿命更长,而且证实了其提供的稳定性能超越了简单隔膜。

研究人员表示:“此种新研发的多功能隔膜展示出极大的稳定性、优异的电化学性能以及高能量密度。这是首个在周围环境中成功制成电池的案例,有望在降低电池成本方面发挥重要作用。”

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