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原标题:固态电池技术取得新突破,可使锂离子电池能量密度增加一倍

科学家们使用的玻璃类型不适合传统的回收利用(资料来源:迪肯大学)

7月5日,据外媒New
Atlas报道,虽然我们中的许多人可能会认为桥梁等混凝土结构几十年来一直无需养护,但实际上它们需要每五年进行一次维护。然而,一种实验性的新型螺纹钢筋可能会彻底改变这一点。
现有混凝土结构的问题在于钢筋钢筋嵌入其中以用于支撑。随着时间的推移,这些锈蚀比原来的未腐蚀的钢筋占据更多的空间。因此,生锈的钢材冲向周围的混凝土,导致剥落,这是一个混凝土开裂并从主结构上脱落的过程。

IT之家11月27日消息澳大利亚迪肯大学(Deakin
University)的研究人员表示,他们已经设法使用常见的工业聚合物来制造固体电解质,从而为固态锂电池能量密度翻倍打开了大门,这种固态锂电池在过热时不会爆炸或着火。

虽然玻璃被认为是相对环保的,因为它是可回收的,但事实是,它的许多不能回收-这是特别正确的小碎片,这是过于精细的分类。然而,现在科学家们提出,玻璃废料可以用来制造比以往更坚固、更便宜的混凝土。

根据澳大利亚迪肯大学土木工程讲师Mahbube
Subhani博士的说法,钢筋混凝土结构通常需要每五年左右进行一次维护,并且每20年进行一次重大修复。这种状况促使Subhani和Kazem
Ghabraie博士生产出一种新的不生锈的钢筋,其由碳纤维和玻璃纤维增强聚合物制成。

迪肯先进材料研究所的Fangfang Chen博士和Wang
Xiaoen博士声称已经取得了突破,“在科学界中,实现了第一个清晰且有用的无液高效锂离子运输实例”。

澳大利亚迪肯大学(Deakin University)的研究人员在利雅得?阿梅里博士(Dr.
Riyadh
Al-Ameri)的带领下,从各种不可回收的玻璃碎片开始,把它们磨成粗粉。然后他们用这种粉末作为聚合物混凝土的骨料,代替通常使用的沙子。聚合物混凝土本身代替聚合物树脂作为水泥粘合剂,通常用于防水地板等应用。

据报道,该材料比普通钢制成的钢筋更坚固,并且其重量只有是增强钢螺纹钢筋重量的五分之一。此外,它只需要四分之一的能量来生产。这种钢筋即将被用于澳大利亚吉朗市的人行天桥建设。研究人员认为,一旦桥梁建成,它预计可在100年使用时间内不需要维护。

这项新技术使用了一种弱结合到锂离子的固态聚合物材料,来代替通常用作当前电池单元电解质的挥发性液体溶剂,而液体电解质是电池中易燃的部分。陈博士说:“如果行业利用我们的发现,我会看到一个未来,例如,可以将电池相关设备安全地装在飞机行李中,或者电动汽车不会像现在这样对乘员或紧急服务人员构成起火危险。”

随后对玻璃基聚合物混凝土进行测试,发现其强度明显高于传统的砂基聚合物混凝土。

此外,代替水泥,用于桥梁的混凝土将包含从煤燃烧获得的飞灰 –
水泥生产是人造二氧化碳排放的主要来源之一。迪肯大学研究人员之前开发了环保型混凝土,其中废玻璃用作骨料。
“我们用钢筋和玻璃纤维增强聚合物取代了通常用于钢筋混凝土的钢筋,”Subhani说道。“这座桥在整个设计使用年限内不需要任何维护。”

该团队认为,除了使电池更安全之外,该固态聚合物电解质还将最终使电池使用锂金属阳极。这在电池界将是个大新闻,最近在《化学趋势》中将锂阳极描述为“突破当前锂离子化学的能量密度瓶颈的关键”。

此外,由于砂必须被开采、清洗和分级,使用磨砂玻璃可以降低混凝土的生产成本。更重要的是,虽然已经预测到适当的沙子短缺,但目前仍有大量的旧玻璃未经加工就闲置着。

Wang博士说,这可能是使锂电池能量密度增加一倍的一种方法,在商业环境中,目前锂电池的能量峰值达到约250
Wh / kg(特斯拉的Model 3电池组中)。将其提高到500 Wh /
kg可以扩大电动车续航里程,或者使用更小、更便宜且更轻的电池组。

Al-Ameri说:“这项研究为建筑业提供了证据,他们需要看到在制造聚合物混凝土时,玻璃作为沙子替代品的潜力,甚至是潜在的混凝土。”根据世界经济论坛(World
Economic
Forum)的数据,全球建筑业占全球GDP的6%。混凝土是一种主要的建筑材料,而沙子是其主要成分之一,所以寻找沙子的替代品具有良好的经济意义。”

迪肯大学团队表示,仅在新工艺中使用了现有的商用聚合物,这意味着工业生产应该能够“轻而易举”地进行。在此阶段,他们已经在纽扣电池中进行了测试,其大小相当于手表电池的大小,但是该团队现在正着手构建一种可用于手机的袋式电池,并且一旦成功,他们将寻找商业伙伴将这些固态电池推向市场。

事实上,迪肯并不是澳大利亚第一所探索在混凝土中使用再生玻璃的大学。今年早些时候,昆士兰大学(University
of
Queensland)的科学家宣布了一种将玻璃废料转化为液态硅酸盐的方法,这种方法可以用于包括混凝土密封胶在内的应用领域。

论文已经发表在在同行评审的《焦耳》杂志上。

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