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中科院深圳碳中和研究所所長(zhǎng)成會(huì)明:二維固態(tài)電解質(zhì)材料可顯著提升性能
發(fā)布時(shí)間:2025-05-15 14:20:00
關(guān)鍵詞:鋰電池

  5月15日,由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)指導(dǎo),動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合電池中國(guó)網(wǎng)共同主辦的“電動(dòng)航空及下一代電池技術(shù)(CIBF2025深圳)交流會(huì)”在深圳舉辦。中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院碳中和技術(shù)研究所所長(zhǎng)、研究員成會(huì)明,作題為《固態(tài)電池用二維固態(tài)電解質(zhì)材料》的主旨發(fā)言。

成會(huì)明主旨發(fā)言:固態(tài)電池用二維固態(tài)電解質(zhì)材料

圖為中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院碳中和技術(shù)研究所所長(zhǎng)、研究員成會(huì)明作主旨發(fā)言

  固態(tài)電池是未來電池領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。資料顯示,人類對(duì)固態(tài)電池和相應(yīng)的固態(tài)電解質(zhì)研究歷史非常長(zhǎng),已達(dá)百年之久。成會(huì)明談道,從1921年開始,行業(yè)就已經(jīng)開始研究鹵化物固態(tài)電解質(zhì),后來又發(fā)現(xiàn)氮化物、聚合物、氧化物、硫化物。

  近5-10年來,固態(tài)電池質(zhì)領(lǐng)域的研發(fā)非常快,國(guó)家也非常重視。成會(huì)明指出,固態(tài)電池最重要的是固態(tài)電解質(zhì),因?yàn)檎?fù)極材料和目前的液態(tài)電池變化并不大?,F(xiàn)在行業(yè)研究的固態(tài)電解質(zhì)大概有四類:以無機(jī)為主的氧化物、硫化物、鹵化物,以及以有機(jī)為主的聚合物,這四類材料各有優(yōu)缺點(diǎn)。

  “無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)最大的優(yōu)點(diǎn),是離子傳導(dǎo)率相對(duì)比較高,當(dāng)然和液態(tài)比還是差,但相對(duì)高;同時(shí)熱穩(wěn)定性好,高電壓穩(wěn)定性相對(duì)好。但最大的問題是成本較高。”成會(huì)明分析,有機(jī)聚合物固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是成本較低,界面接觸特性等比較好,但它的問題是離子傳導(dǎo)率非常低,相對(duì)于無機(jī)物至少低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

  固態(tài)電解質(zhì)面臨的挑戰(zhàn)顯而易見,這給電池制造工藝帶來很大難點(diǎn)?!拔覀兙鸵朕k法解決這個(gè)問題,嘗試采用二維固態(tài)離子傳導(dǎo)材料。”成會(huì)明談道,這個(gè)材料最重要的是有個(gè)二維限域效應(yīng),一些理論研究和實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè),二維限域空間可能會(huì)加速離子傳導(dǎo)。

  “空間大小不一所產(chǎn)生的效應(yīng)不一樣,比如界面效應(yīng)、分子篩效應(yīng)、溶劑擴(kuò)散效應(yīng)、量子效應(yīng)等,因此二維可能極大促進(jìn)離子傳導(dǎo)”。成會(huì)明進(jìn)一步解釋,相關(guān)研究顯示,二維材料離子傳導(dǎo)和溫度關(guān)系,遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于其它固態(tài)電解質(zhì),特別是在低溫下的特質(zhì)。

  既然這種材料是二維的有機(jī)固態(tài)電解質(zhì),是不是熱穩(wěn)定性也會(huì)有問題?成會(huì)明指出,相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,二維材料在溶液中浸泡也不分解,遇到明火也具有很好的阻燃性,而且這個(gè)材料高溫下不變形。從原料成本看,它的成本基本和聚合物相當(dāng),因此具有很好的商業(yè)化前景。

  但成會(huì)明同時(shí)也表示,二維材料也有一些問題,因?yàn)槎S材料的阻隔,離子跨層傳導(dǎo)就很差。因此“要想規(guī)模應(yīng)用,還得需要大規(guī)模制備和組裝,所以我們就沒有選擇二維無機(jī)納米片,而選擇了有機(jī)分子自組裝?!?/p>

  盡管二維材料有了一定改進(jìn),但是有沒有更好的固態(tài)電解質(zhì),或者有沒有其它新型的離子傳導(dǎo)機(jī)制?成會(huì)明指出,一定要善于利用人工智能突破固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)瓶頸,利用人工智能驅(qū)動(dòng)固態(tài)電解質(zhì)體系的設(shè)計(jì),收集相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、構(gòu)建模型、進(jìn)行訓(xùn)練驗(yàn)證,從而加速固態(tài)電池研發(fā)。

稿件來源: 電池中國(guó)網(wǎng)
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