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防漏电与高效率可以兼得 新型电池纤维素隔离膜问世

2016-07-27

  為防止電池漏電短路,通常要在電池兩極間涂一層多孔薄膜進行隔離。最近,韓國蔚山國立科技學院研究人員設計了一種纖維素納米墊(c-mat)隔離膜,在一層較厚的大孔聚合物上加了一層薄薄的多孔纖維素,有效解決了傳統電極隔離膜難以兼顧防漏電與離子高效傳輸的矛盾。

  研究人員最近發表于《納米快報》的論文稱,他們開發的新型c-mat隔離膜上層是較薄的功能化納米纖維,下層是較厚的聚合物。通過微調兩層的厚度,在防漏電和支持離子快速傳輸間實現了精微的平衡:纖維素層微小的納米孔能預防電極間電流泄露;聚合物層較大的孔道作為離子“高速路”支持電荷迅速傳輸。它還有一個重要優勢,在60℃高溫下,使用c-mat膜的電池經100次循環后仍保留80%的電量,而同樣溫度下用傳統聚合物隔離層的電池只剩5%的電量。

  研究人員解釋說,商業電池內鋰鹽和水會發生副反應,生成錳離子等有害副產品,導致高溫下電量大大損耗。c-mat膜上的納米孔纖維素能與錳離子螯合,阻止它們參與反應,而大孔聚合物層也能捕獲產生錳離子的酸性反應物,所以,一開始錳離子就較少。

  論文合著者、該校能源與化學學院教授李杉陽說,他們的研究證明了活性纖維素c-mat隔離層能減少錳離子的副作用,改善電池在高溫下的循環性能,效果超過目前最先進的傳統隔離膜技術。

  下一步,他們打算改造隔離層,使其能用于鈉離子電池、鋰-硫電池和金屬離子電池等下一代充電電池中。李杉陽預測,用c-mat做隔離膜的下一代高性能電池高溫穩定性好,不僅可用在電動車電池、電網儲電系統中,也有望用在海水淡化和重金屬離子監測等方面。

  為防止電池漏電短路并兼顧電池效率,韓國科學家一直在努力嘗試研發出更加高效的電池隔離膜。事實上,早在2012年他們就已經制作出鋰離子電池隔離膜,當時也是利用纖維素既具有優秀的傳導性,還具有電氣化學的安全性,并且可用于多種電解液之中等特性,才制造出高品質的鋰離子電池。這一次,韓國科學家再次發力,使用對錳離子有更少副作用的活性纖維素c-mat隔離層,讓電池在高溫下的循環性能進一步提升,為新型高效電池再次添磚加瓦。


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