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(jian)康殺手，但它如今也被科學(xue)家用來(lai)當作防(fang)止(zhi)鋰(li)金屬(shu)(shu)電池(chi)陽(yang)極枝晶生成的基底材料，為下(xia)一代高能量密度候選代表鋰(li)金屬(shu)(shu)電池(chi)的主要(yao)障礙提(ti)出了(le)解決(jue)方法(fa)。
科學家(jia)(jia)已經注意(yi)到，鋰(li)電池(chi)中的(de)(de)枝(zhi)晶(dendrites)與(yu)出(chu)現(xian)在金(jin)屬中的(de)(de)晶須相似。枝(zhi)晶是由于電池(chi)電極表面鋰(li)沉積(ji)不均(jun)勻而形成(cheng)，會造成(cheng)電池(chi)容量損失(shi)、充放(fang)電效率降低、短路等問題(ti)；晶須(whisker)則是出(chu)現(xian)在電子元件中的(de)(de)一種現(xian)象，20世紀初真空管時期，科學家(jia)(jia)用純錫或(huo)接(jie)近純錫的(de)(de)合(he)金(jin)作(zuo)為焊料，而在有焊料的(de)(de)焊點上會長出(chu)晶須造成(cheng)短點。
最重要的(de)是(shi)，研究合著者(zhe)/萊斯大學(xue)材料科學(xue)與(yu)納米工程助理教(jiao)授MingTang說，科學(xue)家知道晶(jing)須(xu)在有壓應力(compressivestress)的(de)情(qing)形下出現，卻對電池循環(huan)過(guo)程中鋰金(jin)屬(shu)鍍層(ceng)也會(hui)引起壓應力的(de)機制不甚理解，而壓應力與(yu)鋰電池陽(yang)極的(de)樹突形成(cheng)脫不了關(guan)系。雖(sui)然晶(jing)須(xu)像直線(xian)，枝晶(jing)更蜿蜒(yan)些，但兩者(zhe)形成(cheng)機制是(shi)相似的(de)。
基于(yu)這種理解，研(yan)究人員(yuan)首(shou)先(xian)模擬在平面電鍍軟金屬期間產生的壓應(ying)力，以(yi)(yi)顯示鋰(li)枝晶如何生長，實驗(yan)表明，將鋰(li)金屬涂覆在平坦基底上會使(shi)鋰(li)無處可去(qu)，于(yu)是它改以(yi)(yi)枝晶形式(shi)出現。
與錫相比，鋰(li)的(de)熔(rong)點(dian)更(geng)(geng)低(180.5°C)，也就是說鋰(li)原(yuan)子在室溫下(xia)更(geng)(geng)具流(liu)動(dong)性(xing)，如(ru)果有(you)壓力，原(yuan)子更(geng)(geng)樂(le)意移動(dong)，這就是為什么我(wo)們可以在數小時甚至幾分鐘內就看(kan)到樹突(tu)形(xing)成的(de)原(yuan)因(yin)。
為了解(jie)決這項問題，團隊(dui)找(zhao)出一(yi)種能(neng)(neng)幫助抑制鋰枝(zhi)晶生(sheng)成的(de)技術，糖就在這里發揮角色功能(neng)(neng)。研(yan)究(jiu)人員(yuan)將(jiang)糖塊與(yu)一(yi)種液態硅膠(jiao)聚二(er)甲基(ji)矽氧烷(PDMS)一(yi)起注入基(ji)底，然(ran)后將(jiang)糖溶解(jie)，留(liu)下只剩(sheng)軟硅膠(jiao)的(de)三維(wei)多孔結構，就像一(yi)塊可能(neng)(neng)會塌陷變形的(de)海(hai)綿(mian)，接著覆蓋一(yi)層薄銅層以傳導電子，最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。上海施能電器設備有(you)限(xian)公(gong)司始建(jian)于(yu)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(yi)到，鋰(li)電池(chi)中的(de)(de)枝(zhi)晶(dendrites)與(yu)出(chu)現(xian)在金(jin)屬中的(de)(de)晶須相似。枝(zhi)晶是由于電池(chi)電極表面鋰(li)沉積(ji)不均(jun)勻而形成(cheng)，會造成(cheng)電池(chi)容量損失(shi)、充放(fang)電效率降低、短路等問題(ti)；晶須(whisker)則是出(chu)現(xian)在電子元件中的(de)(de)一種現(xian)象，20世紀初真空管時期，科學家(jia)(jia)用純錫或(huo)接(jie)近純錫的(de)(de)合(he)金(jin)作(zuo)為焊料，而在有焊料的(de)(de)焊點上會長出(chu)晶須造成(cheng)短點。
最重要的(de)是(shi)，研究合著者(zhe)/萊斯大學(xue)材料科學(xue)與(yu)納米工程助理教(jiao)授MingTang說，科學(xue)家知道晶(jing)須(xu)在有壓應力(compressivestress)的(de)情(qing)形下出現，卻對電池循環(huan)過(guo)程中鋰金(jin)屬(shu)鍍層(ceng)也會(hui)引起壓應力的(de)機制不甚理解，而壓應力與(yu)鋰電池陽(yang)極的(de)樹突形成(cheng)脫不了關(guan)系。雖(sui)然晶(jing)須(xu)像直線(xian)，枝晶(jing)更蜿蜒(yan)些，但兩者(zhe)形成(cheng)機制是(shi)相似的(de)。
基于(yu)這種理解，研(yan)究人員(yuan)首(shou)先(xian)模擬在平面電鍍軟金屬期間產生的壓應(ying)力，以(yi)(yi)顯示鋰(li)枝晶如何生長，實驗(yan)表明，將鋰(li)金屬涂覆在平坦基底上會使(shi)鋰(li)無處可去(qu)，于(yu)是它改以(yi)(yi)枝晶形式(shi)出現。
與錫相比，鋰(li)的(de)熔(rong)點(dian)更(geng)(geng)低(180.5°C)，也就是說鋰(li)原(yuan)子在室溫下(xia)更(geng)(geng)具流(liu)動(dong)性(xing)，如(ru)果有(you)壓力，原(yuan)子更(geng)(geng)樂(le)意移動(dong)，這就是為什么我(wo)們可以在數小時甚至幾分鐘內就看(kan)到樹突(tu)形(xing)成的(de)原(yuan)因(yin)。
為了解(jie)決這項問題，團隊(dui)找(zhao)出一(yi)種能(neng)(neng)幫助抑制鋰枝(zhi)晶生(sheng)成的(de)技術，糖就在這里發揮角色功能(neng)(neng)。研(yan)究(jiu)人員(yuan)將(jiang)糖塊與(yu)一(yi)種液態硅膠(jiao)聚二(er)甲基(ji)矽氧烷(PDMS)一(yi)起注入基(ji)底，然(ran)后將(jiang)糖溶解(jie)，留(liu)下只剩(sheng)軟硅膠(jiao)的(de)三維(wei)多孔結構，就像一(yi)塊可能(neng)(neng)會塌陷變形的(de)海(hai)綿(mian)，接著覆蓋一(yi)層薄銅層以傳導電子，最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。上海施能電器設備有(you)限(xian)公(gong)司始建(jian)于(yu)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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