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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(lei)健康殺手,但它如今(jin)也被科學(xue)家用來當作防(fang)止鋰金屬電池(chi)陽極枝(zhi)晶(jing)生成的基底(di)材(cai)料,為(wei)下一代高能量密度(du)候選代表鋰金屬電池(chi)的主(zhu)要障礙提出了解決方法。
科學家已經注意到,鋰電池中(zhong)(zhong)的枝晶(jing)(dendrites)與出(chu)現在(zai)金(jin)屬中(zhong)(zhong)的晶(jing)須(xu)相似(si)。枝晶(jing)是(shi)由(you)于(yu)電池電極表面鋰沉(chen)積不均(jun)勻而(er)形成(cheng),會造(zao)成(cheng)電池容(rong)量損失、充放電效率降低、短路等問(wen)題;晶(jing)須(xu)(whisker)則(ze)是(shi)出(chu)現在(zai)電子(zi)元件中(zhong)(zhong)的一種現象,20世紀(ji)初真空(kong)管時(shi)期,科學家用純錫(xi)或(huo)接近純錫(xi)的合金(jin)作為焊(han)料,而(er)在(zai)有焊(han)料的焊(han)點(dian)上會長出(chu)晶(jing)須(xu)造(zao)成(cheng)短點(dian)。
  最重要的是(shi),研究合著(zhu)者(zhe)(zhe)/萊斯大學(xue)(xue)材料科學(xue)(xue)與納米工程助理教授MingTang說(shuo),科學(xue)(xue)家知道晶須(xu)(xu)在有壓應力(li)(compressivestress)的情形(xing)下(xia)出現,卻對電池(chi)循環(huan)過(guo)程中鋰(li)金(jin)屬鍍層也(ye)會引起壓應力(li)的機制不甚理解,而壓應力(li)與鋰(li)電池(chi)陽極的樹突形(xing)成脫不了關系(xi)。雖(sui)然(ran)晶須(xu)(xu)像直線,枝晶更蜿(wan)蜒些,但兩者(zhe)(zhe)形(xing)成機制是(shi)相似的。
  基于這種理(li)解,研究人員(yuan)首先模擬在平面電(dian)鍍軟金屬(shu)期間(jian)產生的壓應(ying)力,以(yi)顯示(shi)鋰枝(zhi)晶(jing)如何生長,實驗表(biao)明,將鋰金屬(shu)涂覆(fu)在平坦(tan)基底上會使鋰無處可去,于是(shi)它(ta)改以(yi)枝(zhi)晶(jing)形式出現。
  與錫相(xiang)比,鋰的(de)熔點更低(180.5°C),也就(jiu)是(shi)說鋰原(yuan)子在室(shi)溫下更具(ju)流動性,如果(guo)有壓力,原(yuan)子更樂意移動,這(zhe)就(jiu)是(shi)為什么我(wo)們可(ke)以在數小時甚至(zhi)幾分鐘(zhong)內就(jiu)看到樹突形成的(de)原(yuan)因。
為了(le)解決這(zhe)項問(wen)題,團隊找出一種(zhong)能幫助抑(yi)制鋰枝(zhi)晶生成的技術,糖(tang)就在這(zhe)里(li)發揮角(jiao)色功(gong)能。研究人員將糖(tang)塊(kuai)與一種(zhong)液態硅膠聚二甲(jia)基(ji)矽氧烷(PDMS)一起注入基(ji)底,然后將糖(tang)溶解,留下只剩(sheng)軟硅膠的三維多孔結構,就像一塊(kuai)可能會塌陷變形的海綿(mian),接著覆蓋(gai)一層薄銅層以傳導電子,最(zui)后用鋰金屬填充(chong)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(dian)器設備有限(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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