电动汽车电池可以通过新型聚合物涂层获得巨大提升

电动汽车电池可以通过新型聚合物涂层获得巨大提升

劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家开发了一种导电聚合物涂层——称为 HOS-PFM——可以为电动汽车提供更持久、更强大的锂离子电池。

伯克利实验室能源技术领域的高级科学家、领导该材料开发的刘高说:“这一进展开辟了一种开发更实惠、更易于制造的电动汽车电池的新方法。”

HOS-PFM 涂层同时传导电子和离子。这确保了电池稳定性和高充电/放电率,同时延长了电池寿命。 Liu 补充说,该涂层还显示出作为电池粘合剂的前景,可以将锂离子电池的平均寿命从平均 10 年延长至约 15 年。

HOS-PFM 导电粘合剂由无毒聚合物制成,可在原子水平上响应热而发生转变。加热前:在室温(20 摄氏度)下,PFM 聚合物链上的烷基端链(黑色波浪线)限制了锂离子(红色圆圈)的移动。加热后:当加热到大约 450 摄氏度(842 华氏度)时,烷基端链熔化,形成空置的“粘性”位点(蓝色波浪线),在原子水平上“吸附”到硅或铝材料上。 PFM 的聚合物链然后自组装成意大利面条状的链,称为“分层有序结构”或 HOS。就像原子高速公路一样,HOS-PFM 链允许锂离子搭上电子的便车(蓝色圆圈)。这些锂离子和电子沿着对齐的导电聚合物链同步移动。 (图片来源:Jenny Nuss/伯克利实验室)

为了展示 HOS-PFM 卓越的导电和粘合性能,Liu 和他的团队在铝和硅电极上涂上了 HOS-PFM,并在锂离子电池装置中测试了它们的性能。

硅和铝是很有前途的锂离子电池电极材料,因为它们具有潜在的高储能能力和轻质外形。但这些廉价且丰富的材料在多次充电/放电循环后会迅速磨损。

在 Advanced Light Source 和 Molecular Foundry 进行的实验中,研究人员证明,HOS-PFM 涂层可显着防止硅基和铝基电极在电池循环过程中降解,同时提供超过 300 次循环的高电池容量,性能率与使用当今最先进的电极。

Liu 说,结果令人印象深刻,因为硅基锂离子电池通常只能持续有限次数的充电/放电循环和日历寿命。研究人员最近在《自然能源》杂志上描述了这些发现。

“这一进步开辟了一种开发更实惠且易于制造的 EV 电池的新方法。” — 刘高,伯克利实验室能源技术领域高级科学家

伯克利实验室的研究人员证明,HOS-PFM 涂层可显着防止铝基电极在电池循环过程中降解,同时提供超过 300 次循环的高电池容量。左起:电池循环前(图 A)和循环后(图 B)铜双层器件上铝的扫描电子显微镜图像。图 C 显示了电池循环后带有 HOS-PFM 涂层的铜三层器件。 (图片来源:Gao Liu/伯克利实验室。由 Nature Energy 提供。)

HOS-PFM 涂层可以允许使用含有多达 80% 硅的电极。刘说,如此高的硅含量可以将锂离子电池的能量密度提高至少 30%。他补充说,由于硅比当今电极的标准材料石墨便宜,因此更便宜的电池可以显着增加入门级电动汽车的可用性。

该团队下一步计划与公司合作,扩大 HOS-PFM 以进行大规模制造。

Advanced Light Source 和 Molecular Foundry 是伯克利实验室的 DOE 科学办公室用户设施。

该研究得到了美国能源部车辆技术办公室的支持。丰田研究所提供了额外的资金。该技术可通过联系 ipo@lbl.gov 获得许可。

由劳伦斯伯克利国家实验室提供。特蕾莎·杜克 (Theresa Duque)

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来源:CleanTechnic

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