香港大学开发新方法 制备更高效、安全的锂电池

为了应对气候变化和清洁能源需求，人们日益关注制造更加安全、容量更高的电池，以实现电动汽车和电网储能系统的持续增长。

（图片来源：香港大学）

据外媒报道，香港大学（HKU）研究团队开发的新一代锂离子电池，有望提供可行的解决方案。该团队由机械工程系申东明博士负责。研究人员发现了一系列阴离子网络固体电解质（anionic network solid electrolytes），可以构成新电池的组成部分，使其更安全、功率密度更高、寿命更长。

目前，受益于先进的储能技术，锂离子电池成为最常用的电池。商用电池技术采用电解液和碳质负极，存在安全问题、寿命有限、功率密度不足等缺点。

在电解液中，锂阳离子和对阴离子以相反的方向运动，从而实现导电。通常情况下，阴离子的移动速度至少是锂离子的四倍，因此锂阳离子传导的电流仅占总离子电流的20%，而过多的阴离子积聚在电极和电解液之间的界面，导致电池内部短路和容量衰退。

电解液具有可燃性、相对于锂金属的不稳定性，以及低离子传导选择性，由此推动对固体电解质的研究。固体电解质的安全性更高，并与锂金属负极兼容。目前，锂金属负极表现出最高的理论比功率容量。

该团队设计的单离子导电聚合物电解质，可有效提高阳离子电导率（至少增加了4倍）。这种阴离子网络聚合物由不同化学计量比带有支链的聚乙二醇桥接硼根阴离子组成，能把通过的阴离子捆绑缠绕在聚合物框架中，从而实现高度选择性的阳离子传输。

聚合物内部的阳离子导电性，由链段迁移率系统工程控制，有助于制定新的高导电固体电解质的全面设计规则。

这种单离子导电聚合物电解液，成功克服了当前电池中固体电解质长期存在的问题，如循环能力低、过电位高等。预计新的离子选择性电解液设计规则，将加快实现可充电锂金属电池。

研究人员高婧宜表示：“单离子导电聚合物电解液有望开启新型电池化学，给充电电池领域带来颠覆性的变化，并提供高水平的安全性、高功率密度和长生命周期。”

申博士补充说，在电池中使用这种离子选择性电解质，可以实现快速充电。“让电动汽车在喝杯咖啡的时间内充满电。这一优势将开启清洁能源新时代。”