哥倫比亞大學用氮化硼納米涂層確保電池安全
日期：2024-10-16 06:02:47 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：454據(jù)外媒報道，提升電池能源存儲能力，增加電池壽命，同時確保電池安全運行，解決上述挑戰(zhàn)變得越來越重要，因為大家都越來越依賴移動式設備和電動汽車等需要此種能源的設備。但是，當?shù)貢r間4月22日，由材料科學和工程系助理教授Yuan Yang領導的哥倫比亞大學工程團隊宣布，已經研發(fā)出一種新方法，可通過植入氮化硼(BN)納米涂層，穩(wěn)定鋰金屬電池中的固態(tài)電解質，從而安全地延長電池壽命。
目前，傳統(tǒng)鋰離子電池廣泛用于日常生活，此類電池能量密度低，從而導致壽命較短，而且由于電池內部含有高度易燃的液體電解質，可能還會短路甚至起火。使用鋰金屬替代鋰離子電池中的石墨陽極，是可以提高電池的能量密度;鋰金屬理論上充電容量比石墨高近10倍。但是在鍍鋰的過程中，容易生成枝晶，如果枝晶穿透電池中間的隔膜，就會造成短路，從而引發(fā)電池安全擔憂。
Yang表示：“我們決定專注于固體、陶瓷電解質。與傳統(tǒng)鋰離子電池中的易燃電解質相比，固體陶瓷電解質在提高安全性和能量密度方面顯示出巨大潛力”。
大多數(shù)固體電解質都是陶瓷的，因而不易燃，消除了安全隱患。此外，固體陶瓷電解質具有較高的機械強度，實際上可以抑制鋰枝晶的生長，從而使鋰金屬能夠成為電池陽極涂層。但是，大多數(shù)固體電解質對鋰離子不穩(wěn)定，容易被鋰金屬腐蝕，不能用于電池。
為了應對上述挑戰(zhàn)，該研究團隊與美國布魯克海文國家實驗室(Brookhaven National Lab)以及紐約城市大學(the City University of New York)合作，研究人員沉積了5至10納米的氮化硼(BN)納米膜用作保護層，隔絕金屬鋰和離子導體(固體電解質)之間的電接觸，并加入少量聚合物或液體電解質滲入電極/電解質界面。研究人員選擇氮化硼用作保護層是因為其在化學上和機械上都對鋰穩(wěn)定，電子絕緣水平高。研究人員設計的氮化硼內部有洞，鋰離子可從中穿過，從而成為一個優(yōu)秀的分離器。此外，利用化學氣相沉積法制備氮化硼，容易生成大尺度(分米級)、類似原子的薄尺度(納米級)的連續(xù)薄膜。
研究人員目前正將其方法擴展應用到各種不穩(wěn)定固體電解質中，并進一步優(yōu)化界面，希望能夠制造出高性能、循環(huán)壽命長的固態(tài)電池。