9.金屬鋰枝晶抑制研究獲新進(jìn)展

　　12月4日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院物理系青年教師張耀輝副教授以第一作者身份在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《納米快報(bào)》，2013年度影響因子為12.94，5年影響因子為14.45)在線發(fā)表了題為《具有自取向納米結(jié)構(gòu)的無(wú)枝晶金屬鋰的電沉積》的科研論文，哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理系為第二署名單位。

　　金屬鋰具有極高的理論比容量(3860mAh/g)、最負(fù)的還原電位(-3.04V，相對(duì)于氫標(biāo)電位)和極小的密度(0.59g/cm3)，長(zhǎng)期以來(lái)一直被視為一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的高容量二次電池負(fù)極材料。近來(lái)，隨著全球化石類能源的日漸短缺，開(kāi)發(fā)以金屬鋰為負(fù)極的高容量二次電池重新成為國(guó)際研究的前沿?zé)狳c(diǎn)問(wèn)題。然而，在電池充電過(guò)程中極易形成金屬鋰枝晶，造成電極循環(huán)的庫(kù)侖效率下降，甚至出現(xiàn)內(nèi)部短路，電池?zé)崾Щ虬l(fā)生爆炸。四十多年來(lái)，金屬鋰電極的枝晶抑制一直沒(méi)有得到有效解決。張耀輝在這篇論文中，成功地在液態(tài)電解液中實(shí)現(xiàn)了無(wú)枝晶光亮金屬鋰電極的電沉積，解決了這一難題;此外，該文還首次發(fā)現(xiàn)液態(tài)電解液體系中電沉積的金屬鋰電極實(shí)際上具有緊湊型納米棒結(jié)構(gòu)，此結(jié)果與之前人們認(rèn)為無(wú)枝晶的金屬鋰應(yīng)為致密結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)不同。該結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)有助于正確理解金屬鋰電極的沉積/溶解機(jī)理，進(jìn)而促進(jìn)金屬鋰枝晶抑制這一研究方向的深入。通訊評(píng)議審稿人認(rèn)為：“該文中呈現(xiàn)的金屬鋰電極的均勻性及光滑程度非常高，該文報(bào)道了一個(gè)重要的研究成果。”

　　點(diǎn)評(píng)：電池的廣泛應(yīng)用，安全問(wèn)題將會(huì)變得日益嚴(yán)重，鋰電池內(nèi)部短路引起著火爆炸的問(wèn)題也越來(lái)越多，該項(xiàng)研究解決了四十多年來(lái)，金屬鋰電極的枝晶抑制的問(wèn)題。這也為進(jìn)一步解決鋰電池的安全為題打開(kāi)了思路，隨著研究的深入，或許會(huì)有更多的特性被發(fā)現(xiàn)，這將有益于我們更安全的利用鋰電池。提到安全，三維電池你聽(tīng)說(shuō)過(guò)嗎?

　　10.三維微電池“秒充電”安全

　　如今智能手機(jī)電池電量有限，往往只夠一天上班時(shí)用。當(dāng)手機(jī)電量低充電時(shí)又需要數(shù)個(gè)小時(shí)才能充滿，而長(zhǎng)時(shí)間充電或通話時(shí)，手里使用的鋰電池甚至有爆炸的危險(xiǎn)。

　　不過(guò)，隨著三維微電池技術(shù)研發(fā)的不斷突破，上述問(wèn)題未來(lái)都有可能迎刃而解。

　　筆者從南京理工大學(xué)獲悉，該校格萊特納米科技研究所夏暉課題組取得了國(guó)內(nèi)在三維納米電極的制備方法上的最新突破，中國(guó)超級(jí)微電池研發(fā)有了自己的技術(shù)儲(chǔ)備。

　　據(jù)筆者了解，該研究成果論文已發(fā)表在Nature系列雜志《NPGAsiaMaterials》(《自然-亞洲材料》)上。

　　課題負(fù)責(zé)人夏暉副教授告訴筆者，三維微電池是指擁有三維納米結(jié)構(gòu)的新式薄膜微電池。和普通的鋰電池相比，二者在結(jié)構(gòu)上相同，都是由正負(fù)極和電解質(zhì)構(gòu)成，最大的差異是在于材料。

　　區(qū)別于普通的鋰離子電池，微電池是以薄膜形式依次沉積，整個(gè)電池的厚度只有10-20微米，能設(shè)計(jì)成任意形狀和大小集成在IC卡電路中，可快速充電并且能循環(huán)充放電達(dá)上萬(wàn)次。

　　因?yàn)椴捎昧斯虘B(tài)電解質(zhì)，三維薄膜微電池完全避免了傳統(tǒng)鋰離子電池的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)將電池使用溫度從現(xiàn)有的50提高到100以上。

　　“和電子元件在技術(shù)提升下尺寸越來(lái)越小相比，現(xiàn)在使用的電池技術(shù)沒(méi)有跟上這場(chǎng)賽跑，三維納米微電池將能改變這一切。”

　　在夏暉看來(lái)，當(dāng)前人們?cè)谑褂秒姵貢r(shí)仍要在功率和電量間做選擇，像手機(jī)采用的電池容量比較大，功率密度低，充放電速度慢，而超級(jí)電容器是功率密度大，但容量小，能量密度低，充放電速度快。

　　如何兼具高能量密度和高功率密度一直是電池界要解決的難題。而夏暉課題組則兼顧了上述"兩難"，也就是，在單位面積比能量密度增加的同時(shí)，同樣能實(shí)現(xiàn)快速充放電。

　　據(jù)了解，自20世紀(jì)90年代后歐美國(guó)家的薄膜微電池研發(fā)已取得了階段性成果，如今實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模批量生產(chǎn)，在超級(jí)智能卡(如可視銀行卡)、電子標(biāo)簽、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、植入型醫(yī)療裝置、微型傳感器以及微型國(guó)防技術(shù)裝備上應(yīng)用前景廣闊。

　　據(jù)市場(chǎng)研究公司NanoMarkets發(fā)表的研究報(bào)告預(yù)測(cè)，2015年全球微電池市場(chǎng)價(jià)值將超過(guò)53億美元。

　　另外，筆者注意到，美國(guó)伊利諾斯州大學(xué)的科學(xué)家2013年曾研制出一種超級(jí)微電池，該微電池的功率是鋰電池的1000倍，一旦完成民用研發(fā)，理論上未來(lái)一部信用卡厚度的手機(jī)所需充電時(shí)間不到1秒鐘。在未來(lái)微電池技術(shù)革新之下，人們或許不再需要擔(dān)心手機(jī)沒(méi)電了，因?yàn)?quot;讀秒充電"將成為現(xiàn)實(shí)。

　　點(diǎn)評(píng)：“讀秒充電”三維微電池聽(tīng)起來(lái)多像科幻片里講述的故事，然而這就發(fā)生在國(guó)內(nèi)，南京理工大學(xué)某研究所夏暉課題組取得了國(guó)內(nèi)在三維納米電極的制備方法上的最新突破，這項(xiàng)前沿技術(shù)，據(jù)說(shuō)可以避免了傳統(tǒng)鋰離子電池的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，若真是一旦完成民用研發(fā)，無(wú)疑為鋰電池的大規(guī)模應(yīng)用解決了后顧之憂，值得期待，但愿不會(huì)讓我們等太久。

　　總結(jié)：

　　以上就是小編為大家整理的2014鋰電池十大前沿技術(shù)進(jìn)展，但是掛一漏萬(wàn)，還有很多前沿技術(shù)由于篇幅的原因，不能為大家一一道來(lái)。但是這些極具代表性的技術(shù)進(jìn)展希望能帶給大家以啟發(fā)，小編將和大家一起關(guān)注未來(lái)的走向，在明年繼續(xù)關(guān)注相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展，看看這些技術(shù)能有多少走出實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用在生活中，2014即將結(jié)束，技術(shù)進(jìn)展不會(huì)停歇，一起期待更好的鋰電池行業(yè)的未來(lái)吧!