与锂有关的发现可以延长电池寿命,提高安全性

与锂有关的发现可以延长电池寿命,提高安全性

锂金属电池是在数字智能设备和电动汽车中广泛应用的高密度储能技术中最有希望的候选产品之一,但不受控制的锂枝晶生长导致充电能力差和安全隐患,目前正在加剧它们的潜力。

亚利桑那州国家大学的一项新研究发现,使用三维的聚二甲基硅氧烷(PDMS)或硅酮作为锂金属阳极的基底,可以减缓树枝晶的形成,极大地延长电池寿命,减少安全风险。本论文在自然能杂志上发表了“应力驱动的锂枝晶生长机制和软基电镀枝晶缓蚀”的论文。

根据韩青江的说法,在亚利桑那州立学院教授工程物质、运输和能源,在Ira A.富尔顿学校的工程,并在论文的首席研究员,研究结果为锂离子和锂空气电池有相关性,以及其他金属阳极的电池的影响。

“几乎所有用作电池阳极的金属都倾向于形成树突,”江解释说。例如,这些发现对锌、钠和铝电池也有影响。

江说,他和研究小组,而不是从材料或电化学的角度来探讨问题,寻找解决方案,作为机械工程师。我们已经知道,微小锡针或晶须在应力下会从锡表面伸出,因此我们通过类比研究了应力作为锂枝晶生长的一个因素的可能性。

第一轮研究涉及在电池阳极的底部添加一层PDMS。

江说:“枝晶生长明显减少。”。

研究人员发现,这直接与锂金属内部积聚的应力被“皱纹”形式的PDMS基体的变形解除有关。

江说:“这是第一次有说服力的证据表明残余应力在锂枝晶的形成中起着关键作用。”。

除了对锂枝晶生长机理有一个基本的了解外,江的小组还提出了一种聪明的方法,利用这种现象来延长锂金属电池的寿命,同时保持其高能量密度。解决方案是给PDMS基片提供一个具有许多表面的三维形式。

江解释说:“想象一下含有许多小内部毛孔的方糖。”。在这些立方体中,PDMS形成一个连续的网络作为衬底,覆盖着一层薄薄的铜层来传导电子。最后,锂充满了毛孔。PDMS作为多孔海绵状层,减轻了应力,有效地抑制了枝晶生长。

莱斯大学的研究小组成员明堂教授说:“与其他的锂枝晶抑制方法相结合,例如新的电解液添加剂,这一发现对于锂金属电池是一种安全、高密度、长期储存能量的解决方案具有广泛的意义。”。“潜在的应用范围从个人电子设备到电动汽车,特别是更长的时间,成为太阳能电网备用电源。”

在研究的合作伙伴包括江集团成员:Xu Wang、文文旭和郝凯洋分;魏增,访问学者江和ASU共惠高端教授在湖南大学,中国建议;和来自莱斯大学的研究人员包括梁红、范望和他们的顾问明堂。能源部部分提供了资金。

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