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研究:恰如其分的壓力可提升高密度金屬鋰電池性能
發布時間:2021-10-20    瀏覽次數:396

據外媒報道,鋰金屬電池是當今普遍使用的鋰離子架構的更有前途的替代品之一,它有可能容納許多倍的能量。材料科學家已經向這個未來邁出了一步,他們證明了在循環過程中對鋰金屬電池施加非常具體的壓力可以防止形成觸角狀的生長,不然就會使它們解體。

鋰-金屬電池之所以有如此大的發展前景是因為其試圖利用純鋰金屬作為陽極材料,這使得它的能量是目前使用的石墨的10倍之多。然而阻礙該技術發展的問題是,隨著電池的循環和鋰離子與陽極的相互作用,它們在表面形成稱為樹枝狀的生長。這些突起會導致電短路和火災并迅速導致電池失效。

因此,該領域的許多研究集中在防止樹枝狀晶體的生長。一些有前景的進展包括保護陽極的自形成層、建立具有更平滑表面的超薄鋰金屬陽極或引入更穩定的固體電解質而非液體電解質等等。

以往的研究還表明,在循環過程中對鋰-金屬電池施加壓力會阻礙枝晶的生長、使鋰顆粒的沉積更加整齊并改善設備的穩定性和壽命。加州大學圣地亞哥分校的科學家們開始探索這一現象并試圖確定何種程度的壓力能夠帶來最佳結果。

他們的研究涉及觀察鋰金屬電池的形態,因為它們在運行過程中會受到不同壓力的影響。在較低的壓力下,沉積的鋰呈現出多孔和無序的性質,這為樹枝狀物的生長留下了足夠的空間。然而在350千帕斯卡(約3.5個大氣壓)的較高壓力下,鋰被沉積成整齊的柱子,它們中間沒有任何孔隙,這為樹枝狀晶體的形成留下了極少的生長空間。

加州大學圣地亞哥分校納米工程系教授、該研究的論文資深作者Shirley Meng表示:“我們不僅回答了這個科學問題,而且還確定了所需的最佳壓力,另外我們還提出了新的測試方案以獲得最大的LMB(鋰金屬電池)性能?!?/span>

這種對鋰沉積物的操縱和對樹枝狀物的預防將是努力使鋰金屬電池投入使用的關鍵,但通過這種高壓方法這樣做將需要重新思考如何將它們組裝起來??茖W家們指出,生產設施將需要重新調整以生產這樣的電池,但有了這些有希望的結果,他們現在可以開始探索各種可能性。


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