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ORNL研究人員開(kāi)發(fā)等靜壓技術(shù) 可用于制造固態(tài)電池

時(shí)間:2023-03-26 12:55來(lái)源:蓋世汽車(chē) 作者:Elisha
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蓋世汽車(chē)訊 據(jù)外媒報(bào)道,基于富有前景的測(cè)試結(jié)果,美國(guó)能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的電池研究人員建議固態(tài)電池行業(yè)關(guān)注等靜壓(isostatic pressing)技術(shù),以促進(jìn)下一代電池商業(yè)化。
(圖片來(lái)源:橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室)
 
電動(dòng)汽車(chē)制造商的目標(biāo)之一是,實(shí)現(xiàn)商用規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池。比起目前市場(chǎng)上的鋰離子電池,固態(tài)電池的充電速度更快、續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)、運(yùn)行更安全。
 
ORNL研究人員建議關(guān)注很少涉及的等靜壓成型技術(shù)。該工藝使用機(jī)器內(nèi)的液體和氣體,如水、油或氬氣,對(duì)電池組件施加一致的壓力,從而產(chǎn)生高度均勻的材料。在生產(chǎn)這種壓制設(shè)備的行業(yè)合作伙伴的幫助下,ORNL研究人員發(fā)現(xiàn),采用等靜壓技術(shù),可以更容易、更快地生產(chǎn)電池,同時(shí)創(chuàng)造更好的能量流動(dòng)條件。
 
在電池充放電時(shí),離子通過(guò)電解質(zhì)在金屬薄層狀正、負(fù)極之間移動(dòng)。在電動(dòng)汽車(chē)使用的鋰離子電池中,電解質(zhì)是一種液體,更易于離子通過(guò)。然而,如果電池層體之間的區(qū)域受到損害,這些液體有可能溢出或著火。
 
ORNL的Marm Dixit及其同事發(fā)現(xiàn),通過(guò)等靜壓技術(shù),可以產(chǎn)生均勻的固態(tài)電解質(zhì)薄層,使層與層之間保持高度接觸,從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的離子運(yùn)動(dòng)。該方法適用于不同溫度和壓力下的各種電池成分。
 
結(jié)果顯示,在低溫條件下,使用柔軟的電解質(zhì)材料,等靜壓技術(shù)非常成功。因?yàn)檐涬娊赓|(zhì)材料更易于加工,具有適合離子運(yùn)動(dòng)的晶體結(jié)構(gòu)。相比之下,以前的電池等靜壓技術(shù)需要在非常極端的條件下完成,如非常高的溫度或室溫,但不能介于二者之間。Dixit表示:“這些材料具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),因此受到研究人員的關(guān)注。在從室溫到幾千華氏度之間任意進(jìn)行等靜壓,具有重要意義。這意味著可以使用所有材料,如聚合物和氧化物。”
 
研究人員表示,對(duì)于正在開(kāi)發(fā)的各種固態(tài)電池設(shè)計(jì)和材料連續(xù)制造工藝,這種多功能性具有重要意義。相對(duì)來(lái)說(shuō),等靜壓技術(shù)也易于實(shí)現(xiàn)商業(yè)擴(kuò)展。目前,各公司競(jìng)相向汽車(chē)制造商供應(yīng)固態(tài)電池,因此這一發(fā)現(xiàn)引起了廣泛關(guān)注。一些先進(jìn)的汽車(chē)公司已經(jīng)宣布,打算在幾年內(nèi)銷(xiāo)售使用固態(tài)電池的電動(dòng)汽車(chē)。ORNL企業(yè)研究員、電氣化部門(mén)負(fù)責(zé)人Ilias Belharouak表示,為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),需要完善固態(tài)電池技術(shù)。“如果可以擴(kuò)展等靜壓技術(shù),將提供一種無(wú)需外部壓力就能組裝電池層的方法。”
 
在熔合和連接材料領(lǐng)域,等靜壓技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用了數(shù)十年之久。最近,這種技術(shù)已成為消除3D打印部件中空洞和異常結(jié)構(gòu)的工具。然而,其電池應(yīng)用測(cè)試一直受到限制。
 
研究人員還表示,通過(guò)等靜壓技術(shù),可以將三個(gè)電池層制成單一、致密的系統(tǒng),而無(wú)需單獨(dú)制造層體,再將它們結(jié)合在一起。
 
該團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào),實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制造固態(tài)電池十分重要。“有效解決這些挑戰(zhàn),可以超越目前的電池技術(shù),使能量密集型固態(tài)電池滿(mǎn)足便攜式電子產(chǎn)品、電網(wǎng)存儲(chǔ)、電動(dòng)汽車(chē)甚至航空應(yīng)用迅速增長(zhǎng)的需求。”
 
ORNL研究人員正在進(jìn)行深入測(cè)試,以了解哪種壓制溫度和壓力組合對(duì)不同的材料最有效,以及這些因素如何影響材質(zhì)。Dixit表示:“等靜壓可以改變材質(zhì)——問(wèn)題在于能否主動(dòng)控制它。對(duì)固態(tài)電池來(lái)說(shuō),操控晶體材質(zhì)的能力,具有重要意義。”
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 固態(tài)電池 ORNL
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