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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(jian)康殺手,但(dan)它如今也被(bei)科(ke)學(xue)家用來當作(zuo)防止鋰(li)金屬電(dian)池陽極枝晶生成(cheng)的(de)基(ji)底材料(liao),為下一代(dai)高能量密度候選代(dai)表鋰(li)金屬電(dian)池的(de)主要障礙提出(chu)了解決方法。
科學(xue)家已經(jing)注意到,鋰(li)(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)枝晶(jing)(dendrites)與出(chu)(chu)現在金屬中(zhong)(zhong)的(de)(de)晶(jing)須相似。枝晶(jing)是(shi)由于電(dian)(dian)池(chi)(chi)電(dian)(dian)極表面鋰(li)(li)沉積不均勻而形成(cheng),會(hui)造(zao)成(cheng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)容量損失、充(chong)放電(dian)(dian)效率降低、短(duan)(duan)路等問(wen)題;晶(jing)須(whisker)則是(shi)出(chu)(chu)現在電(dian)(dian)子(zi)元件(jian)中(zhong)(zhong)的(de)(de)一種現象,20世紀初真空管時期,科學(xue)家用純(chun)錫(xi)或接近純(chun)錫(xi)的(de)(de)合(he)金作(zuo)為焊(han)料(liao),而在有焊(han)料(liao)的(de)(de)焊(han)點上會(hui)長出(chu)(chu)晶(jing)須造(zao)成(cheng)短(duan)(duan)點。
  最重要(yao)的(de)是,研(yan)究合著(zhu)者(zhe)/萊斯大學(xue)材(cai)料(liao)科(ke)學(xue)與納米工程助理(li)教授MingTang說,科(ke)學(xue)家知(zhi)道晶(jing)須在有壓(ya)(ya)應力(compressivestress)的(de)情形(xing)下(xia)出(chu)現,卻對電池循(xun)環過程中鋰(li)金(jin)屬鍍層也(ye)會(hui)引起壓(ya)(ya)應力的(de)機制(zhi)不甚(shen)理(li)解(jie),而壓(ya)(ya)應力與鋰(li)電池陽極(ji)的(de)樹突形(xing)成脫不了關系(xi)。雖然晶(jing)須像直線,枝晶(jing)更蜿蜒些(xie),但(dan)兩者(zhe)形(xing)成機制(zhi)是相似的(de)。
  基(ji)于這種理(li)解,研究人員首先模擬在平(ping)面電鍍軟金屬期間產生的壓應力,以(yi)顯示(shi)鋰(li)(li)枝(zhi)(zhi)晶如(ru)何(he)生長(chang),實驗表明,將鋰(li)(li)金屬涂覆在平(ping)坦基(ji)底上會使鋰(li)(li)無處可去,于是它改以(yi)枝(zhi)(zhi)晶形式出(chu)現(xian)。
  與錫相(xiang)比(bi),鋰(li)的熔點更低(di)(180.5°C),也就是(shi)說(shuo)鋰(li)原(yuan)子(zi)(zi)在室溫下更具(ju)流動性,如果有壓力,原(yuan)子(zi)(zi)更樂意(yi)移動,這就是(shi)為什么(me)我們可以在數小時甚至幾分鐘內就看到樹突形成的原(yuan)因。
為了解(jie)決這項問題,團隊(dui)找出一(yi)(yi)種能(neng)幫(bang)助抑(yi)制鋰枝(zhi)晶(jing)生成的(de)技術,糖(tang)就(jiu)(jiu)在這里發揮角色功能(neng)。研究(jiu)人員將糖(tang)塊(kuai)與一(yi)(yi)種液態硅(gui)膠聚(ju)二(er)甲(jia)基(ji)(ji)矽氧(yang)烷(PDMS)一(yi)(yi)起注入基(ji)(ji)底,然后(hou)將糖(tang)溶解(jie),留下(xia)只剩軟硅(gui)膠的(de)三維多(duo)孔結構,就(jiu)(jiu)像一(yi)(yi)塊(kuai)可(ke)能(neng)會塌陷變形的(de)海綿,接(jie)著覆蓋一(yi)(yi)層薄銅層以傳導電子(zi),最后(hou)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(hai)施能電器(qi)設備有(you)限公司始建于1984年(nian),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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