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(ren)類健康殺手，但(dan)它如今也(ye)被科學家用(yong)來當作(zuo)防止鋰金屬電池陽極枝(zhi)晶生成的基底(di)材料(liao)，為下一代高能量(liang)密度候選代表鋰金屬電池的主(zhu)要(yao)障礙提出了(le)解決方法。
科學家(jia)已經注意到，鋰電(dian)池中的枝晶(dendrites)與(yu)出(chu)現(xian)(xian)在(zai)金屬(shu)中的晶須(xu)相似。枝晶是由于電(dian)池電(dian)極表(biao)面鋰沉積(ji)不均勻而形成(cheng)，會造成(cheng)電(dian)池容(rong)量(liang)損失(shi)、充放電(dian)效率降低、短路等問題；晶須(xu)(whisker)則(ze)是出(chu)現(xian)(xian)在(zai)電(dian)子(zi)元件中的一種現(xian)(xian)象，20世紀初真空管時期，科學家(jia)用純(chun)(chun)錫(xi)或(huo)接近純(chun)(chun)錫(xi)的合金作(zuo)為焊(han)料，而在(zai)有(you)焊(han)料的焊(han)點上會長出(chu)晶須(xu)造成(cheng)短點。
最重(zhong)要(yao)的是，研究(jiu)合(he)著者/萊斯大學材料科學與納(na)米(mi)工程(cheng)助理教授(shou)MingTang說，科學家(jia)知道(dao)晶須在有壓應(ying)(ying)力(li)(compressivestress)的情形下(xia)出現(xian)，卻對電池循環過(guo)程(cheng)中(zhong)鋰金屬鍍層也會引起壓應(ying)(ying)力(li)的機(ji)制不甚理解，而壓應(ying)(ying)力(li)與鋰電池陽極的樹突形成脫不了關系(xi)。雖然(ran)晶須像直線，枝晶更蜿蜒些，但兩者形成機(ji)制是相似的。
基于這(zhe)種理(li)解，研究人員首先(xian)模擬在(zai)平面電鍍軟金(jin)屬期間產生(sheng)(sheng)的壓應(ying)力，以顯示鋰枝(zhi)晶(jing)(jing)如何生(sheng)(sheng)長，實驗表(biao)明，將鋰金(jin)屬涂覆在(zai)平坦基底上(shang)會(hui)使(shi)鋰無(wu)處(chu)可去，于是它改以枝(zhi)晶(jing)(jing)形式(shi)出現。
與錫相比，鋰的熔點更(geng)低(180.5°C)，也就(jiu)是(shi)說鋰原(yuan)子(zi)在室溫下更(geng)具流動性，如果有壓力，原(yuan)子(zi)更(geng)樂意移動，這就(jiu)是(shi)為什么(me)我們可以(yi)在數小(xiao)時甚至幾分鐘內就(jiu)看到樹(shu)突形成的原(yuan)因。
為了(le)解決(jue)這項問題，團隊找出一(yi)種能幫助抑制鋰枝晶生成的技(ji)術，糖就在(zai)這里(li)發揮角(jiao)色功能。研究人員將(jiang)糖塊與一(yi)種液(ye)態(tai)硅膠聚二甲(jia)基(ji)(ji)矽氧烷(PDMS)一(yi)起(qi)注入基(ji)(ji)底，然后(hou)將(jiang)糖溶解，留下只剩軟(ruan)硅膠的三(san)維多孔結構，就像一(yi)塊可能會塌陷變形的海綿，接(jie)著覆蓋一(yi)層薄銅層以傳導電子，最后(hou)用鋰金屬填充空洞。(Source：萊斯(si)大(da)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(neng)電器設備有(you)限公(gong)司(si)始(shi)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)已經注意到，鋰電(dian)池中的枝晶(dendrites)與(yu)出(chu)現(xian)(xian)在(zai)金屬(shu)中的晶須(xu)相似。枝晶是由于電(dian)池電(dian)極表(biao)面鋰沉積(ji)不均勻而形成(cheng)，會造成(cheng)電(dian)池容(rong)量(liang)損失(shi)、充放電(dian)效率降低、短路等問題；晶須(xu)(whisker)則(ze)是出(chu)現(xian)(xian)在(zai)電(dian)子(zi)元件中的一種現(xian)(xian)象，20世紀初真空管時期，科學家(jia)用純(chun)(chun)錫(xi)或(huo)接近純(chun)(chun)錫(xi)的合金作(zuo)為焊(han)料，而在(zai)有(you)焊(han)料的焊(han)點上會長出(chu)晶須(xu)造成(cheng)短點。
最重(zhong)要(yao)的是，研究(jiu)合(he)著者/萊斯大學材料科學與納(na)米(mi)工程(cheng)助理教授(shou)MingTang說，科學家(jia)知道(dao)晶須在有壓應(ying)(ying)力(li)(compressivestress)的情形下(xia)出現(xian)，卻對電池循環過(guo)程(cheng)中(zhong)鋰金屬鍍層也會引起壓應(ying)(ying)力(li)的機(ji)制不甚理解，而壓應(ying)(ying)力(li)與鋰電池陽極的樹突形成脫不了關系(xi)。雖然(ran)晶須像直線，枝晶更蜿蜒些，但兩者形成機(ji)制是相似的。
基于這(zhe)種理(li)解，研究人員首先(xian)模擬在(zai)平面電鍍軟金(jin)屬期間產生(sheng)(sheng)的壓應(ying)力，以顯示鋰枝(zhi)晶(jing)(jing)如何生(sheng)(sheng)長，實驗表(biao)明，將鋰金(jin)屬涂覆在(zai)平坦基底上(shang)會(hui)使(shi)鋰無(wu)處(chu)可去，于是它改以枝(zhi)晶(jing)(jing)形式(shi)出現。
與錫相比，鋰的熔點更(geng)低(180.5°C)，也就(jiu)是(shi)說鋰原(yuan)子(zi)在室溫下更(geng)具流動性，如果有壓力，原(yuan)子(zi)更(geng)樂意移動，這就(jiu)是(shi)為什么(me)我們可以(yi)在數小(xiao)時甚至幾分鐘內就(jiu)看到樹(shu)突形成的原(yuan)因。
為了(le)解決(jue)這項問題，團隊找出一(yi)種能幫助抑制鋰枝晶生成的技(ji)術，糖就在(zai)這里(li)發揮角(jiao)色功能。研究人員將(jiang)糖塊與一(yi)種液(ye)態(tai)硅膠聚二甲(jia)基(ji)(ji)矽氧烷(PDMS)一(yi)起(qi)注入基(ji)(ji)底，然后(hou)將(jiang)糖溶解，留下只剩軟(ruan)硅膠的三(san)維多孔結構，就像一(yi)塊可能會塌陷變形的海綿，接(jie)著覆蓋一(yi)層薄銅層以傳導電子，最后(hou)用鋰金屬填充空洞。(Source：萊斯(si)大(da)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(neng)電器設備有(you)限公(gong)司(si)始(shi)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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