多功能先进陶瓷助力多种新能源电池技术革新

移动电子设备、电动汽车、能源存储等领域近些年来的飞速发展，使得市场对具有高能量密度、快速充电、长循环寿命等优质性能的电池需求越来越大。锂电池作为目前最常用的可充电电池之一，被广泛应用于上述领域，随着其市场规模庞大且不断增长，相关技术和产品的宣传相较于其他种类的电池则更加明显。例如先进陶瓷产品在锂电池中的应用相关实例就很多，除了锂电池外，其他种类的电池呢？

下文就此相关进行部分举例。

先进陶瓷在哪些电池中可以发挥作用？

尽管锂电池是先进陶瓷应用最为广泛的领域之一，但先进陶瓷在其他类型的电池中也有一定的应用。具体的应用取决于电池的设计和要求，以及先进陶瓷材料的特性和适用性。

（1）镍氢电池（NiMH）：先进陶瓷常用于镍氢电池中的正极材料。它们可以提高电池的容量和充放电性能，同时改善电池的循环寿命。

具体作用如下：

①提高容量：先进陶瓷作为正极材料的添加剂，可以增加镍氢电池的容量，能够提高正极材料的比表面积，增加电池中可用的活性材料，从而提高电池的储存和释放电荷的能力。

②改善充放电性能：它们可以提高电池的充电效率、减少电极极化和内阻，从而提高电池的能量转换效率和循环寿命。

③提高循环寿命：由于先进陶瓷的添加，镍氢电池的正极材料可以更好地抵抗电池充放电循环过程中的膨胀和收缩。这有助于减少正极材料的损坏和疲劳，延长电池的循环寿命。

④提高热稳定性：先进陶瓷通常具有较好的热稳定性，可以在高温下保持其结构和性能的稳定。在镍氢电池中，先进陶瓷的热稳定性可以减缓电池内部的热失控和老化现象。

（2）铅酸电池：在传统的铅酸电池中，先进陶瓷材料的应用相对较少。铅酸电池主要由铅和铅二氧化物电极、硫酸电解液和塑料隔膜组成。不过先进陶瓷在铅酸电池中可能在以下领域发挥作用：

①隔膜材料：传统的铅酸电池使用塑料隔膜来隔离正负极，防止短路。在这方面，虽然陶瓷不是常用的材料，但某些先进陶瓷可能具有更高的耐化学性和热稳定性，能够提供更好的隔离性能，从而提高电池的安全性和循环寿命。

②硫酸电解液容器：铅酸电池中的硫酸电解液通常使用聚丙烯或聚乙烯容器。在特定情况下，先进陶瓷可被用作电解液容器材料，以提供更高的耐化学性和热稳定性，从而提高电池的寿命和性能。

（3）锂聚合物电池（Li-Poly）：先进陶瓷材料被广泛应用于锂聚合物电池的隔膜，以提供更好的热稳定性和安全性。这些陶瓷隔膜可以阻止电池内部短路，并提供更好的离子传输性能，从而改善了锂聚合物电池的性能和循环寿命。

具体作用如下：

①隔离正负极：锂聚合物电池的隔膜位于正极和负极之间，起到隔离和阻止直接电子传导的作用。先进陶瓷隔膜具有较高的电阻和离子导电性能，可以防止正负极直接短路，同时允许锂离子在电池中传输。

②电解质阻隔：传统的锂聚合物电池使用聚合物薄膜作为电解质隔膜，但一些先进陶瓷材料也被研究用于替代或增强电解质隔膜的性能。这些陶瓷材料能够阻止电解质的流动，以避免电池内部发生混合和电化学反应；提供更高的离子导电性和抑制锂离子穿透的能力，这有助于提高电池的安全性和稳定性。

③热稳定性：锂聚合物电池在充放电过程中会产生热量，而先进陶瓷隔膜具有较好的热稳定性。它可以抵抗高温，防止电池过热引起的热失控和安全问题。

④机械强度：先进陶瓷隔膜通常具有一定的机械强度和柔韧性，能够抵抗外部应力和挤压，保护电池的内部结构。

（4）固态电池：固态电池是一种新兴的电池技术，其中先进陶瓷材料被用作固态电解质。固态电解质陶瓷具有高离子导电性、良好的化学稳定性和热稳定性，能够提供更高的安全性和能量密度，因此在实际应用中备受关注。

具体作用如下：

①电解质材料。这些陶瓷材料具有高离子导电性能，能够有效地传输离子（如锂离子或钠离子）在正负极之间进行电荷平衡。与传统液态电解质相比，固态电解质陶瓷具有更高的化学稳定性和安全性，能够抑制电池的热失控和电解液泄漏的风险。

②导电电极材料。例如，钨酸盐陶瓷材料在固态锂离子电池中作为正极材料，具有良好的离子和电子导电性能，可以提高电池的能量密度和功率输出。此外，钙钛矿氧化物陶瓷在固态固体氧化物燃料电池中用作阳极材料，具有高离子导电性和催化活性，促进燃料氧化反应。

③封装和保护层。陶瓷材料具有良好的机械强度、化学稳定性和热稳定性，可以保护电池内部组件免受外界环境的影响，并防止电池的机械破坏和氧化。

④界面调控材料：可以用于调控电极与电解质之间的界面，提高电极和电解质之间的相容性和电荷传输效率。

（5）燃料电池：燃料电池中的陶瓷材料主要应用于电解质和催化剂。固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是一种常见的燃料电池类型，其中陶瓷电解质和催化剂被广泛使用。这些陶瓷材料在高温下表现出优异的离子导电性和化学稳定性，使得燃料电池能够高效地转化化学能为电能。

具体作用如下：

①固态电解质：固态电解质陶瓷具有高离子导电性能，能够传输氧离子或质子等离子体，在正极和负极之间实现电荷平衡。这些陶瓷材料具有优异的化学稳定性和热稳定性，可以抑制燃料电池的腐蚀和氧化反应，提高电池的寿命和可靠性。

②催化剂支撑材料：例如，氧化锆陶瓷常用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的阳极支撑材料，它具有良好的化学稳定性和导电性能，可以提供催化剂活性位点并支撑电池的结构。

③导电电极材料：例如，钙钛矿氧化物陶瓷广泛应用于固体氧化物燃料电池的阳极材料，具有优异的离子和电子导电性能，能够促进燃料氧化反应的进行。

④密封和封装材料：先进陶瓷出色的气密性和热稳定性可以保护电池内部组件免受外界环境的影响，防止气体和液体的泄漏，并提高电池的安全性和可靠性。

⑤界面调控材料：作用同上述固态电池一般，先进陶瓷材料可以用于调控电极与电解质之间的界面。