什么是柔性固态电池？

一组国际科学家开发了一种新型固态电池，可以增加电动汽车的续航里程并防止笔记本电脑和智能手机起火。 作者在 Advanced Energy Materials 中描述了他们的发现。 通过用“固体”陶瓷替代传统可充电电池中使用的液体电解质，他们能够生产出更有效、更持久、使用更安全的电池。 研究人员希望这些优势能够为包括电动汽车在内的各种设备的更高效、更环保的电池铺平道路。

该研究的作者来自美国和英国，一段时间以来一直在探索锂离子电池中液体电解质的替代品。 2016 年，他们宣布开发一种固态电池，该电池的工作电压是传统锂离子电池的两倍以上，但效率相似。

虽然他们的最新设计代表了对早期版本的重大改进，但麻省理工学院的研究员唐纳德·萨多韦教授指出仍有改进的空间：“在高温下实现陶瓷材料的高离子电导率可能很困难，”他解释说。 “这是一项突破性的成就。” 研究人员希望，经过测试，这些改进后的电池将被证明适用于电动汽车甚至为飞机提供动力。

在固态电池中，通过使用陶瓷电解质而不是易燃的液体电解质可以防止由于过热而造成的损坏。 如果电池损坏并开始使陶瓷电解质过热而不是点燃，这可以防止其着火。 这些固体材料结构中的孔也使它们能够携带更高的电荷负载，离子通过固体内的扩展网络移动。

这些特征意味着，与含有易燃液体电解质的电池相比，科学家们已经能够提高电池的电压和电容。 事实上，Sadoway 教授说：“我们展示了一个 12 伏的锂空气电池，工作温度为 90 摄氏度 [194°F]。这比其他任何人都达到的要高。”

这种新的电池设计与易燃电解质相比具有其他潜在优势，包括陶瓷电解质通常比有机电解质更稳定。 “令人惊奇的是它的效果如何，”Sadoway 教授说。 “我们从这个细胞中获得的能量比我们投入的更多。”

这种稳定性可以让制造商将大量固态电池装入笔记本电脑或电动汽车，而不必担心它们过热，从而使设备更加安全并延长其功能寿命。 目前，如果这些类型的电池过热，它们就有着火的风险——就像最近在三星 Galaxy Note 7 手机上发生的那样。 产生的火焰将无法蔓延，因为细胞内没有空气来维持燃烧； 事实上，它们将无法扩散到最初损坏的部位之外。

这些固体材料也很耐用； 相比之下，一些使用易燃液体电解质制造锂离子电池的尝试，在较高温度（超过 100°C）下运行，通常会在 500 或 600 次循环后着火。 陶瓷电解质可以承受超过 7500 次充电/放电循环而不会着火。”

新发现对于扩大电动汽车的范围和防止智能手机起火可能具有重大意义。 根据 Sadoway 的说法：“老一代的电池有铅酸 [汽车] 启动电池。它们的续航里程很短，但非常可靠，”他补充说，他们无法预料的弱点是“如果温度超过 60°C，那么它会着火的。”

他解释说，今天的锂离子电池比这更进了一步。 “它们的射程很远，但它们可能会因严重的过热和着火而受损，”他补充说，新的固态电池可能是一个“根本性突破”，因为它可以带来更可靠、更安全的设备。

麻省理工学院的科学家们认为，这项技术可能需要五年时间才能得到广泛应用，但即使在明年，他们也希望能在三星或苹果等大型制造商的智能手机中看到这种电池。 他们还指出，除了手机之外，这些电池还有许多商业用途，包括笔记本电脑和电动汽车。

然而，Sadoway 教授警告说，在技术完善之前还有一段路要走。 “我们有一个看起来非常棒的电池，但现在还为时过早……我们还没有制造出具有大规模、高功率密度电极的电池。”

Sadoway 相信这一突破将立即被广泛采用，因为它不仅有可能为更大范围的电动汽车提供燃料，而且有可能防止智能手机起火。 也许更令人惊讶的是，他预测一旦大多数制造商确信固态电池的安全性和可靠性，固态电池将在不到五年的时间内得到普遍使用。