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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:
  糖或許是人類健康殺(sha)手,但它如(ru)今(jin)也被科學家用來當作防止鋰(li)金(jin)屬電(dian)池陽極枝晶生成的(de)基(ji)底材料,為下一代高能(neng)量密度(du)候選代表(biao)鋰(li)金(jin)屬電(dian)池的(de)主要障礙提出了解(jie)決(jue)方法。
科學(xue)家已(yi)經注意到,鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)中(zhong)(zhong)的(de)枝晶(jing)(dendrites)與出(chu)現(xian)在(zai)(zai)金(jin)屬(shu)中(zhong)(zhong)的(de)晶(jing)須(xu)相似(si)。枝晶(jing)是由于電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)極表(biao)面鋰沉積不均勻而(er)形成(cheng),會造成(cheng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)容量損(sun)失、充放電(dian)(dian)(dian)效率(lv)降(jiang)低、短路(lu)等問(wen)題;晶(jing)須(xu)(whisker)則是出(chu)現(xian)在(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)子元件(jian)中(zhong)(zhong)的(de)一種現(xian)象,20世紀初真空管時(shi)期,科學(xue)家用純錫(xi)或接近(jin)純錫(xi)的(de)合金(jin)作為焊(han)料,而(er)在(zai)(zai)有(you)焊(han)料的(de)焊(han)點上會長出(chu)晶(jing)須(xu)造成(cheng)短點。
  最重要(yao)的(de)(de)是(shi),研究合著者/萊斯大學材料科學與納米工程助(zhu)理教(jiao)授MingTang說(shuo),科學家知(zhi)道晶(jing)(jing)須在有壓(ya)應力(compressivestress)的(de)(de)情形(xing)下出現(xian),卻對(dui)電池循環過程中鋰(li)金屬鍍層(ceng)也會引起壓(ya)應力的(de)(de)機制(zhi)不甚理解,而壓(ya)應力與鋰(li)電池陽極的(de)(de)樹(shu)突(tu)形(xing)成脫不了關系。雖然晶(jing)(jing)須像直線,枝晶(jing)(jing)更蜿(wan)蜒些,但兩(liang)者形(xing)成機制(zhi)是(shi)相似的(de)(de)。
  基于這種理(li)解,研究人(ren)員首先模擬在平(ping)面(mian)電鍍軟金屬期間產生的壓(ya)應(ying)力(li),以顯(xian)示鋰(li)(li)枝(zhi)晶如(ru)何(he)生長,實驗表明,將鋰(li)(li)金屬涂覆在平(ping)坦(tan)基底上會使(shi)鋰(li)(li)無處可去,于是它改以枝(zhi)晶形式(shi)出現。
  與錫相比,鋰的(de)熔(rong)點更低(180.5°C),也(ye)就是說鋰原(yuan)子在(zai)室溫(wen)下更具流動性,如果有壓(ya)力,原(yuan)子更樂(le)意(yi)移動,這就是為什么(me)我們可以在(zai)數小時甚(shen)至幾分鐘內(nei)就看到樹突(tu)形成的(de)原(yuan)因。
為了解決這項(xiang)問題,團隊找出一(yi)種能(neng)(neng)幫助抑制鋰(li)枝晶生成的技術(shu),糖就在這里發揮角色功(gong)能(neng)(neng)。研究人員將(jiang)糖塊與一(yi)種液態(tai)硅膠(jiao)聚二甲基(ji)矽氧烷(PDMS)一(yi)起注入基(ji)底,然后將(jiang)糖溶解,留下只剩軟(ruan)硅膠(jiao)的三維多孔結構,就像一(yi)塊可能(neng)(neng)會塌(ta)陷變(bian)形(xing)的海(hai)綿(mian),接(jie)著(zhu)覆蓋一(yi)層薄銅(tong)層以(yi)傳導(dao)電子,最后用鋰(li)金屬填充(chong)空(kong)洞。(Source:萊斯大(da)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(you)限(xian)公司始建于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。
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