科學家以糖為陽極基底 發現可減少鋰電池枝晶形成
2019/3/6 9:33:48??????點擊：
糖(tang)或許是人類(lei)健(jian)康殺手，但它(ta)如(ru)今也(ye)被科學家用(yong)來當作防止鋰金(jin)屬電(dian)池陽(yang)極(ji)枝晶生成的(de)基(ji)底材料，為下一代(dai)高能(neng)量(liang)密度候選代(dai)表鋰金(jin)屬電(dian)池的(de)主要障礙提出了(le)解決(jue)方法。
科學家已經注意到，鋰電(dian)池中(zhong)(zhong)的枝晶(dendrites)與出(chu)現在金屬中(zhong)(zhong)的晶須(xu)相似。枝晶是由于(yu)電(dian)池電(dian)極表(biao)面鋰沉積不(bu)均勻而形成(cheng)，會造(zao)成(cheng)電(dian)池容量損失、充放電(dian)效率(lv)降低(di)、短路(lu)等問題；晶須(xu)(whisker)則是出(chu)現在電(dian)子元件中(zhong)(zhong)的一種(zhong)現象(xiang)，20世(shi)紀初真空管時期，科學家用純錫或接近純錫的合金作為焊(han)料，而在有焊(han)料的焊(han)點上會長(chang)出(chu)晶須(xu)造(zao)成(cheng)短點。
最重要(yao)的是，研究(jiu)合著(zhu)者/萊斯大學(xue)材料(liao)科學(xue)與納米(mi)工程助理(li)教授MingTang說，科學(xue)家知(zhi)道晶(jing)須(xu)在有壓(ya)(ya)應力(li)(li)(li)(compressivestress)的情(qing)形下出(chu)現(xian)，卻(que)對(dui)電池循環過程中鋰(li)金屬(shu)鍍層也會引起壓(ya)(ya)應力(li)(li)(li)的機制不(bu)甚理(li)解，而壓(ya)(ya)應力(li)(li)(li)與鋰(li)電池陽(yang)極的樹突形成脫(tuo)不(bu)了關系(xi)。雖然(ran)晶(jing)須(xu)像直線(xian)，枝晶(jing)更蜿(wan)蜒些，但兩者形成機制是相(xiang)似的。
基于(yu)(yu)這種理(li)解，研究(jiu)人員首先模擬在(zai)平(ping)面電(dian)鍍軟金屬期間產生的壓應(ying)力，以(yi)顯(xian)示鋰(li)枝晶如何生長，實驗(yan)表明，將鋰(li)金屬涂(tu)覆在(zai)平(ping)坦基底(di)上會使鋰(li)無(wu)處可去，于(yu)(yu)是它改以(yi)枝晶形式出現。
與(yu)錫相比(bi)，鋰的熔點更低(180.5°C)，也就是(shi)說鋰原(yuan)子(zi)在室溫下更具(ju)流動性，如果有壓力，原(yuan)子(zi)更樂意移(yi)動，這(zhe)就是(shi)為什么(me)我們(men)可(ke)以在數小時甚至幾分鐘(zhong)內就看到樹突形(xing)成的原(yuan)因。
為了解決這項問題，團隊找出一(yi)種能(neng)(neng)幫(bang)助抑(yi)制鋰枝晶生成的(de)(de)技術，糖(tang)(tang)就在這里(li)發(fa)揮角色功能(neng)(neng)。研(yan)究人員(yuan)將糖(tang)(tang)塊(kuai)與一(yi)種液態硅(gui)膠(jiao)聚二甲(jia)基矽氧烷(PDMS)一(yi)起注入(ru)基底(di)，然后將糖(tang)(tang)溶(rong)解，留下(xia)只剩軟硅(gui)膠(jiao)的(de)(de)三維多孔結構，就像一(yi)塊(kuai)可(ke)能(neng)(neng)會(hui)塌陷變(bian)形的(de)(de)海綿(mian)，接著覆蓋一(yi)層薄銅(tong)層以傳導電(dian)子，最后用鋰金屬填充空洞。(Source：萊斯大學)
團隊于這種基底上測試，發現枝晶生長顯著減少，這是因為糖溶解后，像“皺紋”的基底緩解了鋰金屬內部累積的壓應力，電池測試也擁有200次循環后仍接近98％的庫侖效率。研究目前還在持續進行，團隊將對電池進行些許調整，以了解這種技術的電池是否能趕上商用門檻。論文發布在《自然-能源(natureenergy)》期刊。上海施能電器設備有限公司(si)始建于1984年，上海市高新技術企業，中國工業車輛優秀配套供應商，上海電器行業名優產品，主要生產工頻系列充電機，高頻系列充電機，鋰電池充電機，系列放電機，系列充放電機等電器產品。
科學家已經注意到，鋰電(dian)池中(zhong)(zhong)的枝晶(dendrites)與出(chu)現在金屬中(zhong)(zhong)的晶須(xu)相似。枝晶是由于(yu)電(dian)池電(dian)極表(biao)面鋰沉積不(bu)均勻而形成(cheng)，會造(zao)成(cheng)電(dian)池容量損失、充放電(dian)效率(lv)降低(di)、短路(lu)等問題；晶須(xu)(whisker)則是出(chu)現在電(dian)子元件中(zhong)(zhong)的一種(zhong)現象(xiang)，20世(shi)紀初真空管時期，科學家用純錫或接近純錫的合金作為焊(han)料，而在有焊(han)料的焊(han)點上會長(chang)出(chu)晶須(xu)造(zao)成(cheng)短點。
最重要(yao)的是，研究(jiu)合著(zhu)者/萊斯大學(xue)材料(liao)科學(xue)與納米(mi)工程助理(li)教授MingTang說，科學(xue)家知(zhi)道晶(jing)須(xu)在有壓(ya)(ya)應力(li)(li)(li)(compressivestress)的情(qing)形下出(chu)現(xian)，卻(que)對(dui)電池循環過程中鋰(li)金屬(shu)鍍層也會引起壓(ya)(ya)應力(li)(li)(li)的機制不(bu)甚理(li)解，而壓(ya)(ya)應力(li)(li)(li)與鋰(li)電池陽(yang)極的樹突形成脫(tuo)不(bu)了關系(xi)。雖然(ran)晶(jing)須(xu)像直線(xian)，枝晶(jing)更蜿(wan)蜒些，但兩者形成機制是相(xiang)似的。
基于(yu)(yu)這種理(li)解，研究(jiu)人員首先模擬在(zai)平(ping)面電(dian)鍍軟金屬期間產生的壓應(ying)力，以(yi)顯(xian)示鋰(li)枝晶如何生長，實驗(yan)表明，將鋰(li)金屬涂(tu)覆在(zai)平(ping)坦基底(di)上會使鋰(li)無(wu)處可去，于(yu)(yu)是它改以(yi)枝晶形式出現。
與(yu)錫相比(bi)，鋰的熔點更低(180.5°C)，也就是(shi)說鋰原(yuan)子(zi)在室溫下更具(ju)流動性，如果有壓力，原(yuan)子(zi)更樂意移(yi)動，這(zhe)就是(shi)為什么(me)我們(men)可(ke)以在數小時甚至幾分鐘(zhong)內就看到樹突形(xing)成的原(yuan)因。
為了解決這項問題，團隊找出一(yi)種能(neng)(neng)幫(bang)助抑(yi)制鋰枝晶生成的(de)(de)技術，糖(tang)(tang)就在這里(li)發(fa)揮角色功能(neng)(neng)。研(yan)究人員(yuan)將糖(tang)(tang)塊(kuai)與一(yi)種液態硅(gui)膠(jiao)聚二甲(jia)基矽氧烷(PDMS)一(yi)起注入(ru)基底(di)，然后將糖(tang)(tang)溶(rong)解，留下(xia)只剩軟硅(gui)膠(jiao)的(de)(de)三維多孔結構，就像一(yi)塊(kuai)可(ke)能(neng)(neng)會(hui)塌陷變(bian)形的(de)(de)海綿(mian)，接著覆蓋一(yi)層薄銅(tong)層以傳導電(dian)子，最后用鋰金屬填充空洞。(Source：萊斯大學)
團隊于這種基底上測試，發現枝晶生長顯著減少，這是因為糖溶解后，像“皺紋”的基底緩解了鋰金屬內部累積的壓應力，電池測試也擁有200次循環后仍接近98％的庫侖效率。研究目前還在持續進行，團隊將對電池進行些許調整，以了解這種技術的電池是否能趕上商用門檻。論文發布在《自然-能源(natureenergy)》期刊。上海施能電器設備有限公司(si)始建于1984年，上海市高新技術企業，中國工業車輛優秀配套供應商，上海電器行業名優產品，主要生產工頻系列充電機，高頻系列充電機，鋰電池充電機，系列放電機，系列充放電機等電器產品。
- 上一篇：變廢為寶 美研發人員將廢塑料制成電池陽極 2019/3/7
- 下一篇：車用動力電池熱安全研究取得階段性進展 2019/3/6