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新型锂电池粘合剂提高储能效率 藻酸盐能有效提高储电量

北极星电力网新闻中心  来源:互联网    2011/9/28 9:05:14  我要投稿  

北极星电源网讯:从理论上讲,硅的蓄电量是石墨的10倍,但是在实际运用中硅还不是很稳定。

据外媒近日报道,研究人员发现一种用于锂离子电池的新型粘合剂,该物质不仅能够提高能源储存效率,同时还能减少有毒物质在电池组件中的使用。

这种被称作藻酸盐的物质是从普通、容易繁殖的褐色海藻中提取。根据现在的测试,藻酸盐能有效提高储电量。这个新发现是由乔治亚技术学院和克莱姆森大学共同研发。乔治亚技术学院助理教授格雷伯表示,通过藻酸盐,我们可以研发出造价低、储能高的电池,同时电池运行时间也将延长。这种新电池有望为构筑更为节能高效的经济作出巨大贡献,因为这将应用在电动汽车、互联网和移动电话上,电池的运行时间将因此延长,而这些技术都有利于环境保护。

科学家希望能提高电池中粘合剂的效能。粘结剂是锂离子电池中的辅助材料,它是用来将电极活性物质粘附在电极集流体上的高分子化合物。对于在充放电过程中体积会膨胀收缩的锂离子蓄电池正负极来说,要求粘合剂对此能够起到一定的缓冲作用,因此选择一种合适的粘合剂很重要。目前,工业上普遍采用聚偏氟乙烯(PVDF)的锂离子蓄电池的粘结剂,N-甲基砒咯烷酮做分散剂(NMP)。由于NMP价格较贵,挥发温度较高,而且有机溶剂的挥发会造成一定的环境污染,于是人们尝试其他粘结剂。

现有锂离子电池的阳极材料以石墨化碳材料为主,从理论上来讲,硅的蓄电量是石墨的10倍,但是硅的阳极在实际运用中还不是很稳定。对于粘合剂的挑战,其中之一就是未来用在电池中的阳极必须允许硅纳米粒子的膨胀收缩,并且现有电极是用聚偏氟乙烯作为粘合剂,这是用一种有毒的溶剂制成的。对比聚偏氟乙烯,藻酸盐的一个优势是,在制造阳极时,藻酸盐可溶解在水中,这就不需要用甲基吡咯烷酮,有可能形成一种更清洁的生产工艺。研究人员认为,粘结剂可以集成到现有的阳极制造系统,只需把聚偏氟乙烯和甲基吡咯烷酮必需品替换为藻酸盐和水。藻酸盐也可以用来改善石墨阳极的性能,带来更多的充电和放电循环,延长电池使用寿命。

找到合适的物质是提高锂离子电池性能的关键一步,这样才能走向大规模的应用,从汽车到手机。轻量级受欢迎的电池是通过在电解质中两极中传递锂离子来实现电力供应的。在充电和用电过程中,如果锂离子能够更高效地往返于两极,电池的蓄电力将更优秀。克莱姆森大学材料科学与工程学院教授克雷门森表示:“我们目前正在寻找这种天然的物质,比如那些在富含高粒子盐水中生长的水生植物,由于电池中的电极沉浸在液体的电解质中,我们感觉到这种水生植物,特别是在特种盐水中生长的水生植物,是自然粘合剂的很好代表。”

由于海水富含离子, 研究人员认为藻酸盐是完美的天然粘合剂。测试证明,从褐色海藻中提取的藻酸盐确实可以作为粘合剂用在硅阳极上。通过沸腾的苏打水就可以完成提取过程, 这使得储能成本降低,同时,存储能量也大幅提高,由于藻酸盐可溶于水, 这意味着生产过程会更加清洁。藻酸盐成本低廉,目前已经用于食品、医药制备、造纸和其他行业中。因为藻酸盐所分布的羧基群很有序,虽然向羧甲基纤维素也可以产生羧基群,但是由于成本高,且分布不均匀,因此受欢迎程度不高。

据悉,在研究人员开发出可匹配的阴极之前,硅阳极的潜力不可能被充分发挥,这种阴极能够处理相同数量的锂离子。不过,即使用现有的阴极,褐藻胶-硅阳极也可使锂离子电池容量增加30%至40%。

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