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        研究發現新型共聚物粘合劑 可延長鋰電池的使用壽命

        來源:【拓爾德TRD】 發布日期:2023-01-04 分享 加入收藏 關注:14

        人們都了解智能手機使用超過一年后,鋰電池的電荷量會減少,手機使用壽命或將隨之降低,間接導致經濟損失和污染。此外,鋰電池壽命較短也阻礙了可再生能源回收和電動汽車市場的發展。因此,科學家們一直在努力尋找可提高鋰電池壽命的方法。


        鋰電池容量隨時間減少的關鍵原因之一是廣泛使用的石墨陽極(即電池負極)的退化。陽極和電解質(電池正負極間攜帶電荷的介質)和陰極(或電池正極)可為電池充放電循環的電化學反應供應良好的環境。但為防止使用石墨時發生裂變,要給石墨添加粘合劑。如今使用最廣泛的粘合劑是聚偏二氟乙烯(PVDF),但它存在缺點,和理想的材料相去甚遠。


        據報道,為解決上述問題,北陸先端科學技術大學院大學(JAIST)的研究小組發明出由雙亞氨基-萘醌-對亞苯基(BP)共聚物制造的新型粘合劑。首先,和PVDF粘合劑相比,BP粘合劑可為負極供應更好的粘合性和機械穩定性。部分原因是石墨和雙亞氨基-萘醌基群之間存在假定的&pi;-&pi;相互用途,以及共聚物配體和電池銅集流體之間存在優異粘合性。其次,BP共聚物相比PVD更具導電性,并可出現一個更薄、且電阻更小的導電固體電解質界面。第三,BP共聚物不容易和電解質發生反應,大大防止降解。


        如試驗顯示,BP共聚物還可大大增強電池性能。JAIST教授NoriyoshiMatsumi表示:使用PVDF作為粘合劑的半電池在約500次充放電循環后僅是原始容量的65%,而使用BP共聚物作為粘合劑的半電池在經過1700次充放電循環后仍顯示95%的容量。


        使用BP共聚物的半電池顯示出極高且穩定的庫倫效率,這也證明這種電池持久且耐用。庫倫效率指的是電池放電容量和同循環過程中充電容量之比。研究小組在循環前后均采用電子顯微鏡對粘合劑進行拍攝。照片顯示,BP共聚物上僅出現小裂紋,而PVDF粘合劑在不到總循環次數的三分之一時就出現了大裂紋。


        此項研究實驗和理論結果都將為設計耐用的鋰電池供應新的方法,從而出現深遠的環境和經濟效應。正如Matsumi教授所說:發明耐用電池將有助于開發出更可靠且可長期使用的產品,從而鼓勵消費者購買昂貴的電池產品,如可長期使用的電動汽車。


        Matsumi教授還補充說,持久電池的開發將使很多人受益,如患有心臟疾病及其他依賴人造器官的人。此外,隨著日常充電設備筆記本電腦、平板電腦和智能手機等數量的新增,普通人群也將受益于此。電極粘合劑的其他發展還有望使科學家們生產出壽命更長的電池產品,從而實現更綠色的未來。


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