什麼是柔性固態電池？

一群國際科學家開發了一種新型固態電池，可以增加電動車的續航里程並防止筆記型電腦和智慧型手機起火。 作者在《先進能源材料》中描述了他們的發現。 透過以「固態」陶瓷電解質取代傳統充電電池中使用的液體電解質，他們能夠生產出更有效、更耐用、使用也更安全的電池。 研究人員希望這些優勢能為包括電動車在內的各種設備提供更有效率、更環保的電池鋪路。

研究的作者來自美國和英國，一段時間以來一直在探索鋰離子電池中液體電解質的替代品。 2016 年，他們宣布開發出一種固態電池，其工作電壓是傳統鋰離子電池的兩倍以上，但效率相似。

雖然他們的最新設計比早期版本有了顯著改進，但麻省理工學院的研究員唐納德·薩多韋教授指出，仍有改進的空間：「在高溫下在陶瓷材料中實現高離子電導率可能很困難，」他解釋道。 “這是一項突破性的成就。” 研究人員希望，經過測試，這些改進的電池將適用於電動車，甚至為飛機提供動力。

在固態電池中，透過使用陶瓷電解質而不是易燃液體電解質可以防止因過熱而造成的損壞。 如果電池損壞並開始過熱，陶瓷電解液會燒焦而不是點燃，從而防止起火。 這些固體材料結構中的孔隙也使它們能夠攜帶更高的電荷負載，離子在固體內的擴展網絡中移動。

這些特徵意味著，與含有易燃液體電解質的電池相比，科學家能夠提高電池的電壓和電容。 事實上，Sadoway 教授表示：“我們展示了一種在 12 攝氏度 [90°F] 下運行的 194 伏特鋰空氣電池。這比其他任何人所達到的水平都要高。”

與易燃電解質相比，這種新的電池設計還具有其他潛在優勢，包括陶瓷電解質通常比有機電解質更穩定。 「令人驚訝的是它的效果如何，」薩多維教授說。 “我們從這個細胞中獲得的能量比我們投入其中的能量還要多。”

這種穩定性可以讓製造商將大量固態電池裝入筆記型電腦或電動車中，而不必擔心它們過熱，從而使設備更加安全並延長其功能壽命。 目前，如果此類電池過熱，就會有起火的風險——就像三星 Galaxy Note 7 手機最近發生的情況一樣。 由此產生的火焰將無法蔓延，因為電池內部沒有空氣維持燃燒； 事實上，它們將無法擴散到最初損壞的地方。

這些固體材料也非常耐用； 相較之下，一些使用易燃液體電解質製造鋰離子電池的嘗試，在較高溫度（超過 100°C）下運行，通常在 500 或 600 次循環後起火。 陶瓷電解質可以承受超過 7500 次充電/放電循環而不會著火。”

這些新發現對於擴大電動車的續航里程和防止智慧型手機起火可能具有非常重要的意義。 Sadoway 表示：「老一代電池採用鉛酸[汽車]啟動電池。它們的續航里程較短，但非常可靠，」他補充說，它們不可預見的弱點是「如果溫度超過 60°C 左右，那麼它會著火。”

他解釋說，今天的鋰離子電池比這更先進。 他說：“它們的射程很長，但可能會因嚴重過熱和著火而損壞。”他補充說，新型固態電池可能是一個“根本性突破”，因為它可能會帶來更可靠、更安全的裝置.

麻省理工學院的科學家認為這項技術可能需要五年時間才能廣泛應用，但他們甚至希望最早在明年就能看到這類電池安裝在三星或蘋果等大型製造商的智慧型手機中。 他們還指出，除了手機之外，這些電池還有許多商業用途，包括筆記型電腦和電動車。

然而薩多維教授警告說，在技術完善之前還有很長的路要走。 “我們已經有了一種看起來非常出色的電池，但現在還處於早期階段……我們還沒有製造出具有大規模、高功率密度電極的電池。”

薩多韋認為，這項突破將立即得到廣泛採用，因為它不僅有可能為電動車提供更大的續航里程，而且有可能防止智慧型手機起火。 也許更令人驚訝的是，他預測，一旦大多數製造商確信固態電池的安全性和可靠性，固態電池將在不到五年的時間內普遍使用。