【原創(chuàng)】固態(tài)電池研究者楊遠入選2019年度中國科技青年英雄榜

2019-12-19
來源：中國粉體網平安

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[導讀] 在先進電池領域，獲獎人開發(fā)了一種改善固態(tài)電解質和鋰金屬的界面穩(wěn)定性的方法，可以顯著提高固態(tài)電池循環(huán)壽命。

中國粉體網訊 從1999年開始，每一年的《麻省理工科技評論》都會選出一批35歲以下最具有創(chuàng)新性與影響力的科學家、科研工作者、科技創(chuàng)業(yè)者，他們當中有發(fā)明家、創(chuàng)業(yè)家，也有遠見者、人文關懷者、先鋒者。他們被稱之為：《麻省理工科技評論》“全球35歲以下科技創(chuàng)新35人”。

（來源：EmTech China）

據不完全統(tǒng)計，曾經入選這份名單的知名人物包括：Yahoo（雅虎）創(chuàng)始人楊致遠；谷歌創(chuàng)辦人拉里·佩奇（Larry Page）、謝爾蓋·布林（Sergey Brin）；Facebook創(chuàng)始人馬克·扎克伯格（Mark Zuckberg）等等。

2017年，《麻省理工科技評論》協(xié)同中國地區(qū)獨家合作伙伴DeepTech一道將榜單落地中國，正式推出《麻省理工科技評論》中國區(qū)“35歲以下科技創(chuàng)新35人”。今年是《麻省理工科技評論》創(chuàng)刊120周年，第三屆“35歲以下科技創(chuàng)新35人”中國榜單于近日揭曉。

在今年的中國“35歲以下科技創(chuàng)新35人”獲獎者名單中，哥倫比亞大學應用物理與應用數學系助理教授楊遠的獲獎理由中有一段如下的介紹：“在先進電池領域，獲獎人開發(fā)了一種改善固態(tài)電解質和鋰金屬的界面穩(wěn)定性的方法，可以顯著提高固態(tài)電池循環(huán)壽命。”

業(yè)界普遍認為，固態(tài)鋰電池的關鍵問題是開發(fā)一種適用的電解質材料，必須滿足兩個標準：首先，要有較高的室溫離子電導率；其次，與正、負極要形成穩(wěn)定的界面。據小編的了解，美國哥倫比亞大學楊遠教授團隊在這一研究領域近期有多項成果發(fā)表。

基于豎直結構陶瓷/聚合物復合電解質的固態(tài)鋰金屬電池

美國哥倫比亞大學楊遠教授團隊發(fā)表了題為“Rechargeable Solid-State Lithium Metal Batteries with Vertically Aligned Ceramic nanoparticle/Polymer Composite Electrolyte”的文章，該文章報導了一種新型可充電固態(tài)鋰金屬電池，其中固態(tài)電解質由冰模板法制作的Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃(LAGP)納米陶瓷顆粒組成豎直排列的骨架，柔性聚合物電解質填充其中。垂直于兩電極的LAGP為快速離子傳輸提供連續(xù)通道，而polyethylene oxide(PEO)基質使復合電解質具備柔性。該固態(tài)復合電解質的室溫電導率為1.67×10^-4S/cm，在60℃時電導率為1.11×10^-3S/cm。相應的LiFePO₄（LFP）/LAGP-PEO/Li電池，在0.3C300次循環(huán)后具有93.3％的高容量保持率。該研究證明了低曲度（tortuosity）陶瓷/聚合物復合電解質在高性能固態(tài)電池中的成功應用。

珍珠層結構電解質，用于可負載固態(tài)鋰金屬電池

為了設計同時具有高機械模量和良好斷裂韌性的固體電解質，以抵抗穿刺和沖擊等外部沖擊，哥倫比亞大學應用物理與應用數學系楊遠教授團隊、地球與環(huán)境工程學院陳曦教授團隊從天然珍珠層結構中得到靈感，聯合開發(fā)了一種具有獨特的類珍珠層結構的固態(tài)電解質（nacre-like ceramic/polymer electrolytes，NCPEs），兼具了良好的機械模量和斷裂韌性，并且電池在機械負載下可實現穩(wěn)定的循環(huán)。該研究開發(fā)了一種具有“磚泥”微觀結構的珍珠層陶瓷/聚合物復合電解質，該電解質展現了良好的極限彎曲強度和韌性，解決了純陶瓷電解質中高強度/低韌性和純聚合物中低強度/高韌性的難題。所提出的類珍珠層結構為高能量密度、優(yōu)異力學性能和高熱穩(wěn)定性的固態(tài)電池乃至結構儲能提供了一種陶瓷/聚合物復合電解質。

用于高能量密度鋰電池的PVDF/凹凸棒土納米線復合固態(tài)電解質

美國哥倫比亞大學楊遠教授（通訊作者）團隊通過引入了/凹凸棒土((Mg,Al)2Si4O10(OH))納米線作為新型陶瓷填料復合聚合物電解質（CPE），它大大提高了PVDF基聚合物電解質的剛度和韌性。使用5wt％的/凹凸棒土納米線，不僅使得PVDF CPE的楊氏模量從9.0MPa增加到96MPa，而且其屈服應力也提高了200％。此外，數值模擬揭示了納米線/納米線-聚合物相互作用及交聯網絡是機械強度顯著增強的原因。由于凹凸棒土和ClO₄^-離子之間的相互作用，Li⁺的遷移數從0.21增加到了0.54�；贜CM，PVDF/凹凸棒土CPE和鋰金屬負極的全電池，其在0.3C下循環(huán)200次后，具有97％的容量保持率。此外，PVDF基質比PEO電解質更不易燃。該工作表明，PVDF/palygorskite CPE是一種很有前景的固態(tài)電池電解質。

BN納米包覆層穩(wěn)定金屬鋰以及固態(tài)電解質界面從而實現超長固循環(huán)態(tài)電池

哥倫比亞大學的楊遠教授團隊聯合Amprius公司的剡剴博士以及布魯克黑文國家實驗室的蘇東研究員團隊開發(fā)了一種基于六方氮化硼（BN）的復合薄膜來保護NASICON結構的磷酸鈦鋁鋰（LATP）這種對鋰不穩(wěn)定的固態(tài)電解質，并實現了LATP 500圈的可逆循環(huán)。該研究提供了拓展可實際應用的固態(tài)電解質種類以及固態(tài)鋰金屬電池的新思路。