導(dǎo)語：去年 Note 7 的燃損事故讓人對鋰電池心有余悸，研究人員正試圖打破現(xiàn)有電池的窠臼，用“冰”來解決續(xù)航、安全性和可彎折等一系列問題。

鋰電池到底怎么才能又安全又強(qiáng)續(xù)航？這次研究人員用上了“冰”

移動設(shè)備近些年來在續(xù)航上遇到了瓶頸，各家廠商不得不通過增大電池容量來解決，不過這種方案也有問題，Note 7 的燃損事故就給整個(gè)行業(yè)劈頭澆了一盆冷水。不過，尋求變革的研究人員并沒有放棄，最近就有人開發(fā)了一種新的解決方案——冷凝法。它能在保證鋰電池安全的情況下提升續(xù)航，而且可以彎折，適應(yīng)未來的可彎折手機(jī)。

該解決方案用冰模板（ice-templating）垂直對齊了電池內(nèi)固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了導(dǎo)電性。這種新型電池的誕生也正好為概念中的柔性智能機(jī)（如三星 Galaxy X）和平板鋪了路。

眼下，市場上可重復(fù)充電的鋰電池用到的液體電解質(zhì)高度易燃，極易造成安全問題，而去年的 Note 7 燃損事故的元兇就是它。因此，哥倫比亞大學(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院就決定嘗試使用固體電解質(zhì)來替換易燃的液體電解質(zhì)。

鋰電池到底怎么才能又安全又強(qiáng)續(xù)航？這次研究人員用上了“冰”

傳統(tǒng)液體電解質(zhì)極易燃燒

他們使用冰模板讓陶瓷固體電解質(zhì)呈現(xiàn)出垂直對齊的柱狀結(jié)構(gòu)，而使用陶瓷固體電解質(zhì)的電池明顯更安全而且導(dǎo)電性更強(qiáng)。

雷鋒網(wǎng)(公眾號：雷鋒網(wǎng))注意到，這種電池的制作方法也很新奇，研究人員先是在底部加入陶瓷顆粒并冷卻水性溶液，隨后讓冰層生長，擠出一部分已經(jīng)結(jié)冰的水性溶液，讓陶瓷顆粒在電池中成為主流。最后，營造一個(gè)真空環(huán)境讓冰升華為汽態(tài)，這樣就完成了垂直對齊結(jié)構(gòu)的搭建。

搞定垂直對齊結(jié)構(gòu)后，需要將它與聚合物相結(jié)合，后者是一種由許多重復(fù)子單元組成的大分子，這樣就能為電解質(zhì)提供機(jī)械支撐并讓它更富有柔韌性。

鋰電池到底怎么才能又安全又強(qiáng)續(xù)航？這次研究人員用上了“冰”

垂直對齊結(jié)構(gòu)

“無論對于移動設(shè)備還是電動車，柔性固態(tài)鋰電池都能一勞永逸的解決安全問題，同時(shí)它們還能增加電池的能量密度。”Yuan Yang 博士說道，他是哥大材料科學(xué)和工程學(xué)助理教授，同時(shí)也是該團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)。

在此前的實(shí)驗(yàn)中，研究人員用了一種該解決方案的變種。他們在聚合物電解質(zhì)中用到了隨機(jī)分散陶瓷粒子，此外還嘗試了類纖維的陶瓷電解質(zhì)，不過這些方案都無法實(shí)現(xiàn)垂直對齊。

“當(dāng)時(shí)我們認(rèn)為只要將陶瓷電解質(zhì)垂直對齊結(jié)構(gòu)與聚合物電解質(zhì)相結(jié)合，就能讓鋰離子駛上快車道并增強(qiáng)電池的導(dǎo)電性。”Haowei Zhai 說道，他是研究報(bào)告的主筆，也是 Yuan Yang 博士的學(xué)生。

“我們相信這是業(yè)內(nèi)首次使用冰模板制造柔性固體電解質(zhì)，新的電解質(zhì)不但安全可靠，而且無毒無害。新的方案優(yōu)化了鋰離子的導(dǎo)電性能，為下一代充電電池的開發(fā)打開了一扇窗。”Haowei Zhai 說道。

換用固體電解之后，原本鋰電池負(fù)極使用的石墨層就能換成鋰金屬了，此舉能將電池能量提升 60%-70%。

下一步，該團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備優(yōu)化電解質(zhì)結(jié)合的質(zhì)量并試裝出這種新型電池。