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(xu)是人類健(jian)康(kang)殺手，但它如今也(ye)被科學(xue)家用來當作防止鋰金屬電(dian)池(chi)陽極枝晶生成的基底材料，為下一代高(gao)能量密度(du)候選代表鋰金屬電(dian)池(chi)的主要障(zhang)礙提(ti)出了解決(jue)方法。
科(ke)學家已經注意(yi)到，鋰電(dian)池中的枝晶(dendrites)與出現(xian)在(zai)金(jin)屬(shu)中的晶須相似。枝晶是由于(yu)電(dian)池電(dian)極表面鋰沉積不均勻而形(xing)成(cheng)(cheng)，會造(zao)成(cheng)(cheng)電(dian)池容(rong)量損失(shi)、充放電(dian)效率降低、短路等問題；晶須(whisker)則是出現(xian)在(zai)電(dian)子元件(jian)中的一種現(xian)象，20世紀(ji)初真(zhen)空管(guan)時期，科(ke)學家用純錫或接近純錫的合(he)金(jin)作為焊(han)料，而在(zai)有焊(han)料的焊(han)點(dian)(dian)上(shang)會長(chang)出晶須造(zao)成(cheng)(cheng)短點(dian)(dian)。
最重要(yao)的(de)是，研究合著者/萊斯大學材料科學與(yu)納米工程(cheng)助(zhu)理(li)教授MingTang說，科學家知(zhi)道晶(jing)須(xu)(xu)在(zai)有壓(ya)(ya)應力(li)(li)(compressivestress)的(de)情形下出現，卻(que)對電池(chi)循環(huan)過(guo)程(cheng)中鋰(li)金屬鍍層(ceng)也會引起壓(ya)(ya)應力(li)(li)的(de)機(ji)制(zhi)不甚理(li)解(jie)，而壓(ya)(ya)應力(li)(li)與(yu)鋰(li)電池(chi)陽(yang)極的(de)樹(shu)突形成(cheng)脫不了關(guan)系。雖然晶(jing)須(xu)(xu)像直線，枝晶(jing)更蜿蜒些，但兩者形成(cheng)機(ji)制(zhi)是相似(si)的(de)。
基于這種理(li)解，研究人員首先模擬在平(ping)面電鍍軟金屬期間(jian)產生(sheng)(sheng)的壓應力，以(yi)顯示鋰枝晶如何生(sheng)(sheng)長(chang)，實驗表(biao)明，將鋰金屬涂覆(fu)在平(ping)坦基底上會使鋰無(wu)處可去(qu)，于是它改以(yi)枝晶形(xing)式出(chu)現。
與錫(xi)相比，鋰的(de)熔點(dian)更低(180.5°C)，也就是說鋰原子(zi)在室溫(wen)下更具流動(dong)性，如果(guo)有壓力，原子(zi)更樂意移動(dong)，這(zhe)就是為什么我們可(ke)以(yi)在數小時甚(shen)至(zhi)幾分鐘內就看到樹(shu)突(tu)形成的(de)原因。
為了解決這(zhe)項問題，團隊找出一種能幫助抑制鋰枝晶生成的(de)技術，糖就在這(zhe)里發揮角色功能。研究人員將(jiang)糖塊與一種液態硅膠聚二甲基(ji)矽氧烷(wan)(PDMS)一起注入基(ji)底，然后將(jiang)糖溶解，留下只剩軟硅膠的(de)三維多孔(kong)結構，就像一塊可能會(hui)塌陷變(bian)形的(de)海綿，接著覆蓋一層(ceng)(ceng)薄銅層(ceng)(ceng)以傳導電子(zi)，最后用鋰金屬填充空(kong)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)器設備有限公司始(shi)建(jian)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(ke)學家已經注意(yi)到，鋰電(dian)池中的枝晶(dendrites)與出現(xian)在(zai)金(jin)屬(shu)中的晶須相似。枝晶是由于(yu)電(dian)池電(dian)極表面鋰沉積不均勻而形(xing)成(cheng)(cheng)，會造(zao)成(cheng)(cheng)電(dian)池容(rong)量損失(shi)、充放電(dian)效率降低、短路等問題；晶須(whisker)則是出現(xian)在(zai)電(dian)子元件(jian)中的一種現(xian)象，20世紀(ji)初真(zhen)空管(guan)時期，科(ke)學家用純錫或接近純錫的合(he)金(jin)作為焊(han)料，而在(zai)有焊(han)料的焊(han)點(dian)(dian)上(shang)會長(chang)出晶須造(zao)成(cheng)(cheng)短點(dian)(dian)。
最重要(yao)的(de)是，研究合著者/萊斯大學材料科學與(yu)納米工程(cheng)助(zhu)理(li)教授MingTang說，科學家知(zhi)道晶(jing)須(xu)(xu)在(zai)有壓(ya)(ya)應力(li)(li)(compressivestress)的(de)情形下出現，卻(que)對電池(chi)循環(huan)過(guo)程(cheng)中鋰(li)金屬鍍層(ceng)也會引起壓(ya)(ya)應力(li)(li)的(de)機(ji)制(zhi)不甚理(li)解(jie)，而壓(ya)(ya)應力(li)(li)與(yu)鋰(li)電池(chi)陽(yang)極的(de)樹(shu)突形成(cheng)脫不了關(guan)系。雖然晶(jing)須(xu)(xu)像直線，枝晶(jing)更蜿蜒些，但兩者形成(cheng)機(ji)制(zhi)是相似(si)的(de)。
基于這種理(li)解，研究人員首先模擬在平(ping)面電鍍軟金屬期間(jian)產生(sheng)(sheng)的壓應力，以(yi)顯示鋰枝晶如何生(sheng)(sheng)長(chang)，實驗表(biao)明，將鋰金屬涂覆(fu)在平(ping)坦基底上會使鋰無(wu)處可去(qu)，于是它改以(yi)枝晶形(xing)式出(chu)現。
與錫(xi)相比，鋰的(de)熔點(dian)更低(180.5°C)，也就是說鋰原子(zi)在室溫(wen)下更具流動(dong)性，如果(guo)有壓力，原子(zi)更樂意移動(dong)，這(zhe)就是為什么我們可(ke)以(yi)在數小時甚(shen)至(zhi)幾分鐘內就看到樹(shu)突(tu)形成的(de)原因。
為了解決這(zhe)項問題，團隊找出一種能幫助抑制鋰枝晶生成的(de)技術，糖就在這(zhe)里發揮角色功能。研究人員將(jiang)糖塊與一種液態硅膠聚二甲基(ji)矽氧烷(wan)(PDMS)一起注入基(ji)底，然后將(jiang)糖溶解，留下只剩軟硅膠的(de)三維多孔(kong)結構，就像一塊可能會(hui)塌陷變(bian)形的(de)海綿，接著覆蓋一層(ceng)(ceng)薄銅層(ceng)(ceng)以傳導電子(zi)，最后用鋰金屬填充空(kong)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)器設備有限公司始(shi)建(jian)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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