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：
糖或許是人類健康殺手，但(dan)它如今也被科學(xue)家用來(lai)當(dang)作防(fang)止鋰(li)金(jin)屬電池(chi)陽(yang)極(ji)枝晶生成的基(ji)底材料，為下(xia)一代高能量密度候選代表鋰(li)金(jin)屬電池(chi)的主要(yao)障礙提出(chu)了解決方法。
科學家已經(jing)注意到，鋰電(dian)(dian)池中的(de)枝晶(jing)(dendrites)與出(chu)(chu)現在(zai)金屬中的(de)晶(jing)須相似。枝晶(jing)是(shi)(shi)由于電(dian)(dian)池電(dian)(dian)極表面鋰沉(chen)積不均(jun)勻而形成(cheng)，會造(zao)成(cheng)電(dian)(dian)池容量損失(shi)、充放電(dian)(dian)效率降(jiang)低、短路等問題(ti)；晶(jing)須(whisker)則是(shi)(shi)出(chu)(chu)現在(zai)電(dian)(dian)子元件中的(de)一種現象，20世紀初真(zhen)空管(guan)時期，科學家用純(chun)錫(xi)或(huo)接近純(chun)錫(xi)的(de)合金作為焊料，而在(zai)有焊料的(de)焊點(dian)上會長出(chu)(chu)晶(jing)須造(zao)成(cheng)短點(dian)。
最重要的(de)是，研究合著者(zhe)/萊斯(si)大學(xue)材料科學(xue)與納米工程助理教授(shou)MingTang說(shuo)，科學(xue)家知(zhi)道晶(jing)須(xu)在有壓應力(li)(compressivestress)的(de)情形(xing)下(xia)出現，卻(que)對電池循環過(guo)程中鋰(li)金屬鍍層也會引起壓應力(li)的(de)機制不甚理解，而壓應力(li)與鋰(li)電池陽極的(de)樹(shu)突(tu)形(xing)成脫(tuo)不了關系(xi)。雖然晶(jing)須(xu)像直(zhi)線，枝晶(jing)更蜿蜒(yan)些，但(dan)兩者(zhe)形(xing)成機制是相似的(de)。
基于這種理(li)解，研究人員首(shou)先模擬在(zai)平(ping)面(mian)電(dian)鍍軟金(jin)屬期間(jian)產(chan)生的壓應力，以顯示(shi)鋰(li)枝(zhi)晶如何生長，實驗表明，將(jiang)鋰(li)金(jin)屬涂覆(fu)在(zai)平(ping)坦(tan)基底上會(hui)使鋰(li)無處可去，于是(shi)它改以枝(zhi)晶形式出現。
與錫相比，鋰的(de)熔點更(geng)低(180.5°C)，也就是(shi)說(shuo)鋰原子(zi)在室溫下更(geng)具(ju)流動性，如(ru)果(guo)有壓力(li)，原子(zi)更(geng)樂意移動，這就是(shi)為什么我們可以在數小時甚至(zhi)幾分鐘(zhong)內就看到(dao)樹突形成(cheng)的(de)原因。
為(wei)了解決這項(xiang)問題，團隊找出一(yi)種能幫助抑制鋰枝晶(jing)生(sheng)成的技術，糖就(jiu)(jiu)在這里發揮角色功(gong)能。研(yan)究人員將糖塊與一(yi)種液(ye)態硅膠聚二甲基矽氧(yang)烷(PDMS)一(yi)起注入基底，然后(hou)將糖溶解，留(liu)下只剩軟硅膠的三維多孔結構，就(jiu)(jiu)像一(yi)塊可能會(hui)塌(ta)陷變形的海綿(mian)，接著覆蓋一(yi)層(ceng)薄銅層(ceng)以傳(chuan)導電子，最后(hou)用鋰金屬填充空洞。(Source：萊斯大(da)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。上海施能電器設備有限公司始建于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。
科學家已經(jing)注意到，鋰電(dian)(dian)池中的(de)枝晶(jing)(dendrites)與出(chu)(chu)現在(zai)金屬中的(de)晶(jing)須相似。枝晶(jing)是(shi)(shi)由于電(dian)(dian)池電(dian)(dian)極表面鋰沉(chen)積不均(jun)勻而形成(cheng)，會造(zao)成(cheng)電(dian)(dian)池容量損失(shi)、充放電(dian)(dian)效率降(jiang)低、短路等問題(ti)；晶(jing)須(whisker)則是(shi)(shi)出(chu)(chu)現在(zai)電(dian)(dian)子元件中的(de)一種現象，20世紀初真(zhen)空管(guan)時期，科學家用純(chun)錫(xi)或(huo)接近純(chun)錫(xi)的(de)合金作為焊料，而在(zai)有焊料的(de)焊點(dian)上會長出(chu)(chu)晶(jing)須造(zao)成(cheng)短點(dian)。
最重要的(de)是，研究合著者(zhe)/萊斯(si)大學(xue)材料科學(xue)與納米工程助理教授(shou)MingTang說(shuo)，科學(xue)家知(zhi)道晶(jing)須(xu)在有壓應力(li)(compressivestress)的(de)情形(xing)下(xia)出現，卻(que)對電池循環過(guo)程中鋰(li)金屬鍍層也會引起壓應力(li)的(de)機制不甚理解，而壓應力(li)與鋰(li)電池陽極的(de)樹(shu)突(tu)形(xing)成脫(tuo)不了關系(xi)。雖然晶(jing)須(xu)像直(zhi)線，枝晶(jing)更蜿蜒(yan)些，但(dan)兩者(zhe)形(xing)成機制是相似的(de)。
基于這種理(li)解，研究人員首(shou)先模擬在(zai)平(ping)面(mian)電(dian)鍍軟金(jin)屬期間(jian)產(chan)生的壓應力，以顯示(shi)鋰(li)枝(zhi)晶如何生長，實驗表明，將(jiang)鋰(li)金(jin)屬涂覆(fu)在(zai)平(ping)坦(tan)基底上會(hui)使鋰(li)無處可去，于是(shi)它改以枝(zhi)晶形式出現。
與錫相比，鋰的(de)熔點更(geng)低(180.5°C)，也就是(shi)說(shuo)鋰原子(zi)在室溫下更(geng)具(ju)流動性，如(ru)果(guo)有壓力(li)，原子(zi)更(geng)樂意移動，這就是(shi)為什么我們可以在數小時甚至(zhi)幾分鐘(zhong)內就看到(dao)樹突形成(cheng)的(de)原因。
為(wei)了解決這項(xiang)問題，團隊找出一(yi)種能幫助抑制鋰枝晶(jing)生(sheng)成的技術，糖就(jiu)(jiu)在這里發揮角色功(gong)能。研(yan)究人員將糖塊與一(yi)種液(ye)態硅膠聚二甲基矽氧(yang)烷(PDMS)一(yi)起注入基底，然后(hou)將糖溶解，留(liu)下只剩軟硅膠的三維多孔結構，就(jiu)(jiu)像一(yi)塊可能會(hui)塌(ta)陷變形的海綿(mian)，接著覆蓋一(yi)層(ceng)薄銅層(ceng)以傳(chuan)導電子，最后(hou)用鋰金屬填充空洞。(Source：萊斯大(da)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。上海施能電器設備有限公司始建于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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