日本av女优放尿在线播放
歡迎瀏覽中國儲能網
您的位置: 首頁  > 首屏 > 前沿技術  返回

用材料構筑安全防線,讓鋰離子電池擺脫著火命運

作者:中國儲能網新聞中心 來源:DeepTech深科技 發布時間:2020-02-12 瀏覽:
分享到:

2019 年 12 月 14 日,《麻省理工科技評論》公布了 2019 年“35 歲以下創新35 人”(Innovators Under 35 China)中國區榜單。在本屆榜單上,雖然缺失了“創業家”的身影,但是我們看到了許多在具有產業化潛能的領域方面堅持科研使命的獲獎人,也看到更多散布在海外頂尖學術機構的科學家們,用自身不改初心的堅持努力,取得了世界級標竿成就的科研成果,其中有超過半數以上的獲獎者,都取得了世界級的突破性研究成果與發現。我們將陸續發出對 35 位獲獎者的獨家專訪,介紹他們的科技創新成果與經驗,以及他們對科技趨勢的理解與判斷。

自 1999 年起,《麻省理工科技評論》每年都會推出“35歲以下創新35人”(Innovators Under 35 China)榜單,旨在于全球范圍內評選出被認為最有才華、最具創新精神,以及最有可能改變世界的 35 位年輕技術創新者或企業家,共分為發明家、創業家、遠見者、人文關懷者及先鋒者五類。2017 年,該榜單正式推出中國區評選,遴選中國籍的青年科技創新者。新一屆 2020 年度榜單正在征集提名與報名,截止時間 2020 年 6 月 30 日。詳情請見文末。

劉凱憑借其在鋰離子電池領域取得的一系列成果,榮膺 2019 年《麻省理工科技評論》“35 歲以下科技創新 35 人”中國區得主。

獲獎時年齡:32 歲

獲獎時職位:清華大學助理教授獲獎理由:他從事高安全性鋰離子電池的科研工作,系統研究了鋰離子電池的熱失控機理,在材料層面提出了提高鋰離子安全性的一系列新方法。

鋰離子電池是電動汽車、便攜式設備、能源儲存等領域最重要的技術之一。可以說,沒有鋰離子電池,就沒有移動的智能生活,人類應對氣候變化的努力也將缺少一個重要的幫手。

然而,從鋰離子電池技術誕生之日起,它的頭上就一直籠罩著一層揮之不去的“陰影”——安全性。不論是被各大航空公司拒絕的三星 note 7,還是時常聽聞的電動汽車自燃事故,這背后反映出的都是同一個問題:鋰離子電池太容易熱失控了。

清華大學化學工程系助理教授劉凱,從事的就是高安全性鋰離子電池的科研工作。他在材料層面提出了提高鋰離子安全性的一系列新方法,有望使電動汽車、手機等擺脫著火的命運。

劉凱本科就讀于吉林大學化學學院。這里氛圍踏實、培養系統、教學嚴格,是很多頂尖化學人才的搖籃。之后,他進入清華大學化學系攻讀博士學位,并斬獲了清華大學的最高榮譽——每年僅在全校范圍內獎勵 10 名研究生的清華大學特等獎學金。

博士畢業后,劉凱赴美國斯坦福大學開展博士后研究工作。劉凱回憶道,斯坦福是一個十分多元開放的地方。學校內部不同科系之間的界限很不明顯,電子、機械、材料、化學、物理的人都在同一個樓里做實驗,連吃飯交流的時候都會產生很多交叉的想法。而實驗室里更是什么背景的人都有,不管遇到什么問題,都能找到專家去問。他在鋰離子電池安全領域的創新,也正是得益于這種“任何思路都不受限制”的環境。

在博士期間,劉凱的研究方向是超分子材料。這是一種基于分子間的超分子作用自組裝形成的材料,具有動態響應、自我修復等特殊的優異性能。但對于博士后期間要研究的鋰離子電池,其實一開始他并不熟悉。可他卻把自己在超分子材料方面的知識,引入到了鋰離子電池的研究之中,在本質上大幅提高了鋰離子電池的安全性。

他首先深入系統地分析了鋰離子電池出現熱失控的機理,并把它分成了“萌芽”“蔓延”“爆發”三個階段。以鋰離子電池安全最大的威脅之一——鋰枝晶生長為例:在低溫充電、快速充電等情況下,電極材料上會生長出樹枝狀的金屬鋰枝晶,這便是鋰離子電池熱失控的“萌芽”階段。之后,在“蔓延”階段,鋰枝晶會逐漸刺破正負電極之間起絕緣作用的薄膜,進而在“爆發”階段造成電池的內短路、起火和爆炸。

針對三個階段各自不同的特征,劉凱設計出了不同的材料,構建出防止鋰離子電池熱失控的“三道防線”。

在 “萌芽”階段,劉凱引入了動態超分子作為鋰金屬電極的“智能反饋”涂層。他將一層厚度僅約 1 微米的含有硼酸酯動態共價鍵的高分子,涂在了鋰金屬的表面。這個涂層本來是軟的,但當鋰枝晶生長起來、戳到涂層后,會激發出硼酸酯動態共價鍵的“剪切增稠性質”,讓涂層變硬,把生成的鋰枝晶“按”下去。劉凱發現,這種智能涂層可以有效抑制鋰枝晶的產生,而副作用卻很少。

如果鋰枝晶突破了第一道防線,刺入了隔膜,電池的熱失控就進入了“蔓延”階段,劉凱的第二道防線就要起作用了。他提出了一種名叫“反應-保護”型隔膜的新機理,在隔膜上面加了一些化學物質,可以把進入隔膜的具有高化學活性的鋰金屬“吃掉”。這種利用化學淬滅減緩鋰枝晶生長速率的方式,將鋰金屬負極的使用壽命延長了 5 倍。

最后在“爆發”階段,他還構建了第三道防線——具有熱刺激響應功能的“分子滅火器“。為防止電池燃燒,常用的方法是在易燃的電解液中添加防火劑,但防火劑會大大降低電池在正常運行時的電化學性能。而劉凱想到的解決方案,是把防火劑裝進用電化學惰性、熔點低的含氟共聚物制成的微型外殼之中。正常充放電時,高分子外殼能夠阻隔防火劑與電解液接觸,減小防火劑對電池性能的負面影響;而當電池發生熱失控導致溫度升高時,外殼則會受熱熔化,像滅火器一樣把防火劑噴出來,釋放到電解液中,起到抑制燃燒的作用。在不影響鋰離子電池性能的前提下,他將電解液自熄滅的時間縮短了近 30 倍。這種思路讓鋰離子電池同時兼具高電化學性能和良好的安全性成為了可能。

劉凱表示,影響鋰離子電池安全性的因素非常多,自己只是提供了一個框架和思路,將來肯定還有很多可以做的。“科研是我們報效祖國的方式。希望世界能因為我們的研究成果而發生一些好的改變,這是科研工作者的使命。”

關鍵字:鋰電池

中國儲能網版權聲明:凡注明來源為“中國儲能網:xxx(署名)”,除與中國儲能網簽署內容授權協議的網站外,其他任何網站或者單位如需轉載需注明來源(中國儲能網)。凡本網注明“來源:xxx(非中國儲能網)”的作品,均轉載與其他媒體,目的在于傳播更多信息,但并不意味著中國儲能網贊同其觀點或證實其描述,文章以及引用的圖片(或配圖)內容僅供參考,如有涉及版權問題,可聯系我們直接刪除處理。其他媒體如需轉載,請與稿件來源方聯系,如產生任何版權問題與本網無關,想了解更多內容,請登錄網站:http://www.opmizt.tw

相關報道

日本av女优放尿在线播放 001足球比分比什么 安徽十一选五 河北20选5 内蒙古十一选五 广东26选5 北单比分开奖sp怎么得出 雷速体育答题测试答案 华东15选5 亿客隆彩票首页 球探比分即时足球比分007 北京11选5 电竞比分网 飞龙体育比分 生肖时时彩 贵州十一选五 36选7