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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(shi)人類健康殺(sha)手,但(dan)它如(ru)今也被科學(xue)家(jia)用(yong)來當作防止(zhi)鋰金(jin)屬(shu)電池陽極枝晶生(sheng)成的(de)基(ji)底(di)材料,為(wei)下一代高能(neng)量密度候(hou)選(xuan)代表鋰金(jin)屬(shu)電池的(de)主要(yao)障礙提出了解決方法。
科學家(jia)已經注意到,鋰電池(chi)中(zhong)(zhong)的枝晶(dendrites)與出(chu)(chu)現在金(jin)屬中(zhong)(zhong)的晶須相似。枝晶是由于電池(chi)電極(ji)表面鋰沉積不均勻而(er)(er)形成(cheng)(cheng),會造(zao)成(cheng)(cheng)電池(chi)容量損失、充放電效率降低、短路等(deng)問題;晶須(whisker)則是出(chu)(chu)現在電子元件中(zhong)(zhong)的一種現象,20世紀初真空管時期,科學家(jia)用純錫(xi)(xi)或(huo)接(jie)近純錫(xi)(xi)的合金(jin)作為(wei)焊(han)料(liao),而(er)(er)在有(you)焊(han)料(liao)的焊(han)點上會長出(chu)(chu)晶須造(zao)成(cheng)(cheng)短點。
  最重要的(de)是,研究合著者(zhe)(zhe)/萊斯大學(xue)(xue)材料科學(xue)(xue)與(yu)納米工程助(zhu)理教授MingTang說,科學(xue)(xue)家(jia)知(zhi)道晶(jing)須(xu)在有壓(ya)應(ying)(ying)力(li)(li)(compressivestress)的(de)情形下出現,卻對電池循環(huan)過程中鋰金(jin)屬鍍層也會引(yin)起(qi)壓(ya)應(ying)(ying)力(li)(li)的(de)機制不(bu)甚理解(jie),而(er)壓(ya)應(ying)(ying)力(li)(li)與(yu)鋰電池陽(yang)極的(de)樹(shu)突形成脫不(bu)了關系。雖然晶(jing)須(xu)像直線,枝晶(jing)更蜿蜒些(xie),但兩者(zhe)(zhe)形成機制是相似的(de)。
  基于這種理(li)解,研(yan)究人員首先模擬(ni)在平面電鍍軟金屬期(qi)間產生(sheng)的(de)壓(ya)應(ying)力,以顯示鋰枝(zhi)晶如(ru)何(he)生(sheng)長,實驗表(biao)明,將鋰金屬涂覆在平坦基底上會使鋰無處(chu)可去,于是它改(gai)以枝(zhi)晶形(xing)式出現。
  與錫(xi)相比,鋰(li)(li)的熔點更低(180.5°C),也就(jiu)(jiu)是(shi)說鋰(li)(li)原(yuan)(yuan)子在室溫下更具流動性,如果有壓力,原(yuan)(yuan)子更樂意移動,這就(jiu)(jiu)是(shi)為什么我們可以在數小(xiao)時甚至幾分鐘內就(jiu)(jiu)看到樹突形(xing)成的原(yuan)(yuan)因。
為了解決這項問題(ti),團(tuan)隊找出一(yi)(yi)種能幫助抑制鋰枝晶生成的技術,糖(tang)(tang)就在(zai)這里發揮角色功能。研究(jiu)人員將糖(tang)(tang)塊與(yu)一(yi)(yi)種液(ye)態硅膠聚二(er)甲基(ji)矽氧(yang)烷(PDMS)一(yi)(yi)起注入基(ji)底,然后將糖(tang)(tang)溶(rong)解,留(liu)下(xia)只剩軟(ruan)硅膠的三維多孔(kong)結構,就像一(yi)(yi)塊可能會塌(ta)陷變形的海綿,接(jie)著覆蓋一(yi)(yi)層薄銅層以傳導(dao)電子(zi),最(zui)后用鋰金屬填充空洞。(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。上海施能電(dian)器設備有限(xian)公(gong)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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