香港大學開發新方法 制備更高效、安全的鋰電池

為了應對氣候變化和清潔能源需求，人們日益關注制造更加安全、容量更高的電池，以實現電動汽車和電網儲能系統的持續增長。

（圖片來源：香港大學）

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據外媒報道，香港大學（HKU）研究團隊開發的新一代鋰離子電池，有望提供可行的解決方案。該團隊由機械工程系申東明博士負責。研究人員發現了一系列陰離子網絡固體電解質（anionic network solid electrolytes），可以構成新電池的組成部分，使其更安全、功率密度更高、壽命更長。

目前，受益于先進的儲能技術，鋰離子電池成為最常用的電池。商用電池技術采用電解液和碳質負極，存在安全問題、壽命有限、功率密度不足等缺點。

在電解液中，鋰陽離子和對陰離子以相反的方向運動，從而實現導電。通常情況下，陰離子的移動速度至少是鋰離子的四倍，因此鋰陽離子傳導的電流僅占總離子電流的20%，而過多的陰離子積聚在電極和電解液之間的界面，導致電池內部短路和容量衰退。

電解液具有可燃性、相對于鋰金屬的不穩定性，以及低離子傳導選擇性，由此推動對固體電解質的研究。固體電解質的安全性更高，并與鋰金屬負極兼容。目前，鋰金屬負極表現出最高的理論比功率容量。

該團隊設計的單離子導電聚合物電解質，可有效提高陽離子電導率（至少增加了4倍）。這種陰離子網絡聚合物由不同化學計量比帶有支鏈的聚乙二醇橋接硼根陰離子組成，能把通過的陰離子捆綁纏繞在聚合物框架中，從而實現高度選擇性的陽離子傳輸。

聚合物內部的陽離子導電性，由鏈段遷移率系統工程控制，有助于制定新的高導電固體電解質的全面設計規則。

這種單離子導電聚合物電解液，成功克服了當前電池中固體電解質長期存在的問題，如循環能力低、過電位高等。預計新的離子選擇性電解液設計規則，將加快實現可充電鋰金屬電池。

研究人員高婧宜表示：“單離子導電聚合物電解液有望開啟新型電池化學，給充電電池領域帶來顛覆性的變化，并提供高水平的安全性、高功率密度和長生命周期?！?/p>

申博士補充說，在電池中使用這種離子選擇性電解質，可以實現快速充電。“讓電動汽車在喝杯咖啡的時間內充滿電。這一優勢將開啟清潔能源新時代?！?/p>