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，但它如今也被科學家用來當作防止鋰(li)金(jin)屬電池(chi)陽極枝晶生成(cheng)的(de)基底(di)材料，為下(xia)一代高能量密度候選(xuan)代表鋰(li)金(jin)屬電池(chi)的(de)主要障(zhang)礙提出了(le)解決方法。
科學家(jia)(jia)已經注意到，鋰電池中的枝晶(jing)(jing)(dendrites)與出(chu)現在(zai)金屬中的晶(jing)(jing)須相似。枝晶(jing)(jing)是(shi)由(you)于電池電極表面鋰沉積不(bu)均勻而形成(cheng)(cheng)，會造成(cheng)(cheng)電池容量損失、充放電效率降低、短路等問題(ti)；晶(jing)(jing)須(whisker)則是(shi)出(chu)現在(zai)電子元件中的一種(zhong)現象，20世紀(ji)初真空管時期(qi)，科學家(jia)(jia)用純(chun)錫(xi)或(huo)接近(jin)純(chun)錫(xi)的合(he)金作為焊(han)料(liao)，而在(zai)有焊(han)料(liao)的焊(han)點上(shang)會長出(chu)晶(jing)(jing)須造成(cheng)(cheng)短點。
最重(zhong)要的(de)是，研究合著者/萊斯大學材料科學與(yu)納米工程助理教授MingTang說，科學家知(zhi)道晶須(xu)在有壓(ya)應(ying)力(li)(compressivestress)的(de)情形(xing)下(xia)出(chu)現，卻對(dui)電池循環過程中鋰金(jin)屬鍍層也會引起(qi)壓(ya)應(ying)力(li)的(de)機制(zhi)不甚理解(jie)，而壓(ya)應(ying)力(li)與(yu)鋰電池陽極的(de)樹突形(xing)成脫不了關系。雖然晶須(xu)像直(zhi)線，枝晶更(geng)蜿(wan)蜒些，但兩者形(xing)成機制(zhi)是相似的(de)。
基(ji)于這種(zhong)理解，研究人員首(shou)先模擬(ni)在(zai)平(ping)(ping)面(mian)電鍍軟金屬期間產生(sheng)的壓應力，以顯示鋰(li)枝晶如何(he)生(sheng)長，實驗表明(ming)，將鋰(li)金屬涂(tu)覆在(zai)平(ping)(ping)坦基(ji)底(di)上會(hui)使鋰(li)無(wu)處可去(qu)，于是(shi)它(ta)改以枝晶形式出(chu)現。
與錫相(xiang)比，鋰的熔點更低(di)(180.5°C)，也就是說鋰原(yuan)子(zi)在室溫下(xia)更具流動性(xing)，如(ru)果有壓力，原(yuan)子(zi)更樂(le)意移動，這(zhe)就是為什么我(wo)們可以(yi)在數小時(shi)甚至幾分(fen)鐘內就看到樹(shu)突形成的原(yuan)因。
為了解(jie)決這項問題，團隊找出一(yi)種(zhong)能幫助抑制(zhi)鋰枝晶生(sheng)成的技術，糖就在這里發揮(hui)角色功能。研究人員將糖塊(kuai)與一(yi)種(zhong)液態硅膠聚二(er)甲(jia)基矽氧烷(PDMS)一(yi)起注入基底，然后(hou)將糖溶解(jie)，留下只剩軟硅膠的三維多孔結構，就像(xiang)一(yi)塊(kuai)可能會塌陷變(bian)形的海綿，接著覆蓋一(yi)層薄銅(tong)層以傳導(dao)電(dian)子，最(zui)后(hou)用鋰金屬填充空洞。(Source：萊斯大學(xue))
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(shi)能(neng)電器設(she)備(bei)有限公司始建于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。
科學家(jia)(jia)已經注意到，鋰電池中的枝晶(jing)(jing)(dendrites)與出(chu)現在(zai)金屬中的晶(jing)(jing)須相似。枝晶(jing)(jing)是(shi)由(you)于電池電極表面鋰沉積不(bu)均勻而形成(cheng)(cheng)，會造成(cheng)(cheng)電池容量損失、充放電效率降低、短路等問題(ti)；晶(jing)(jing)須(whisker)則是(shi)出(chu)現在(zai)電子元件中的一種(zhong)現象，20世紀(ji)初真空管時期(qi)，科學家(jia)(jia)用純(chun)錫(xi)或(huo)接近(jin)純(chun)錫(xi)的合(he)金作為焊(han)料(liao)，而在(zai)有焊(han)料(liao)的焊(han)點上(shang)會長出(chu)晶(jing)(jing)須造成(cheng)(cheng)短點。
最重(zhong)要的(de)是，研究合著者/萊斯大學材料科學與(yu)納米工程助理教授MingTang說，科學家知(zhi)道晶須(xu)在有壓(ya)應(ying)力(li)(compressivestress)的(de)情形(xing)下(xia)出(chu)現，卻對(dui)電池循環過程中鋰金(jin)屬鍍層也會引起(qi)壓(ya)應(ying)力(li)的(de)機制(zhi)不甚理解(jie)，而壓(ya)應(ying)力(li)與(yu)鋰電池陽極的(de)樹突形(xing)成脫不了關系。雖然晶須(xu)像直(zhi)線，枝晶更(geng)蜿(wan)蜒些，但兩者形(xing)成機制(zhi)是相似的(de)。
基(ji)于這種(zhong)理解，研究人員首(shou)先模擬(ni)在(zai)平(ping)(ping)面(mian)電鍍軟金屬期間產生(sheng)的壓應力，以顯示鋰(li)枝晶如何(he)生(sheng)長，實驗表明(ming)，將鋰(li)金屬涂(tu)覆在(zai)平(ping)(ping)坦基(ji)底(di)上會(hui)使鋰(li)無(wu)處可去(qu)，于是(shi)它(ta)改以枝晶形式出(chu)現。
與錫相(xiang)比，鋰的熔點更低(di)(180.5°C)，也就是說鋰原(yuan)子(zi)在室溫下(xia)更具流動性(xing)，如(ru)果有壓力，原(yuan)子(zi)更樂(le)意移動，這(zhe)就是為什么我(wo)們可以(yi)在數小時(shi)甚至幾分(fen)鐘內就看到樹(shu)突形成的原(yuan)因。
為了解(jie)決這項問題，團隊找出一(yi)種(zhong)能幫助抑制(zhi)鋰枝晶生(sheng)成的技術，糖就在這里發揮(hui)角色功能。研究人員將糖塊(kuai)與一(yi)種(zhong)液態硅膠聚二(er)甲(jia)基矽氧烷(PDMS)一(yi)起注入基底，然后(hou)將糖溶解(jie)，留下只剩軟硅膠的三維多孔結構，就像(xiang)一(yi)塊(kuai)可能會塌陷變(bian)形的海綿，接著覆蓋一(yi)層薄銅(tong)層以傳導(dao)電(dian)子，最(zui)后(hou)用鋰金屬填充空洞。(Source：萊斯大學(xue))
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(shi)能(neng)電器設(she)備(bei)有限公司始建于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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