每日精选:ORNL研究人员开发等静压技术 可用于制造固态电池
据外媒报道,基于富有前景的测试结果,美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的电池研究人员建议固态电池行业关注等静压(isostatic pressing)技术,以促进下一代电池商业化。
(图片来源:橡树岭国家实验室)
(相关资料图)
电动汽车制造商的目标之一是,实现商用规模生产固态电池。比起目前市场上的锂离子电池,固态电池的充电速度更快、续航时间更长、运行更安全。
ORNL研究人员建议关注很少涉及的等静压成型技术。该工艺使用机器内的液体和气体,如水、油或氩气,对电池组件施加一致的压力,从而产生高度均匀的材料。在生产这种压制设备的行业合作伙伴的帮助下,ORNL研究人员发现,采用等静压技术,可以更容易、更快地生产电池,同时创造更好的能量流动条件。
在电池充放电时,离子通过电解质在金属薄层状正、负极之间移动。在电动汽车使用的锂离子电池中,电解质是一种液体,更易于离子通过。然而,如果电池层体之间的区域受到损害,这些液体有可能溢出或着火。
ORNL的Marm Dixit及其同事发现,通过等静压技术,可以产生均匀的固态电解质薄层,使层与层之间保持高度接触,从而实现平稳的离子运动。该方法适用于不同温度和压力下的各种电池成分。
结果显示,在低温条件下,使用柔软的电解质材料,等静压技术非常成功。因为软电解质材料更易于加工,具有适合离子运动的晶体结构。相比之下,以前的电池等静压技术需要在非常极端的条件下完成,如非常高的温度或室温,但不能介于二者之间。Dixit表示:“这些材料具有独特的优势,因此受到研究人员的关注。在从室温到几千华氏度之间任意进行等静压,具有重要意义。这意味着可以使用所有材料,如聚合物和氧化物。”
研究人员表示,对于正在开发的各种固态电池设计和材料连续制造工艺,这种多功能性具有重要意义。相对来说,等静压技术也易于实现商业扩展。目前,各公司竞相向汽车制造商供应固态电池,因此这一发现引起了广泛关注。一些先进的汽车公司已经宣布,打算在几年内销售使用固态电池的电动汽车。ORNL企业研究员、电气化部门负责人Ilias Belharouak表示,为了实现大规模生产,需要完善固态电池技术。“如果可以扩展等静压技术,将提供一种无需外部压力就能组装电池层的方法。”
在熔合和连接材料领域,等静压技术已经应用了数十年之久。最近,这种技术已成为消除3D打印部件中空洞和异常结构的工具。然而,其电池应用测试一直受到限制。
研究人员还表示,通过等静压技术,可以将三个电池层制成单一、致密的系统,而无需单独制造层体,再将它们结合在一起。
该团队强调,实现规模化制造固态电池十分重要。“有效解决这些挑战,可以超越目前的电池技术,使能量密集型固态电池满足便携式电子产品、电网存储、电动汽车甚至航空应用迅速增长的需求。”
ORNL研究人员正在进行深入测试,以了解哪种压制温度和压力组合对不同的材料最有效,以及这些因素如何影响材质。Dixit表示:“等静压可以改变材质——问题在于能否主动控制它。对固态电池来说,操控晶体材质的能力,具有重要意义。”
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