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)人類健康殺手(shou)，但它如今也被科(ke)學家用來當(dang)作(zuo)防止鋰金(jin)屬電(dian)池陽極枝晶生(sheng)成的(de)基底(di)材料，為下一代高(gao)能(neng)量(liang)密(mi)度候選代表鋰金(jin)屬電(dian)池的(de)主要障礙(ai)提出了解決方法。
科學(xue)家(jia)已經注意(yi)到，鋰電(dian)池中的(de)枝晶(dendrites)與出現(xian)在金(jin)屬中的(de)晶須相似。枝晶是由于電(dian)池電(dian)極表面鋰沉積不均勻(yun)而(er)(er)形成(cheng)(cheng)，會造(zao)成(cheng)(cheng)電(dian)池容(rong)量損失、充(chong)放電(dian)效率降低、短路等問題；晶須(whisker)則(ze)是出現(xian)在電(dian)子元件中的(de)一(yi)種現(xian)象，20世紀(ji)初真空管時期，科學(xue)家(jia)用純(chun)(chun)錫或接近純(chun)(chun)錫的(de)合金(jin)作為焊料，而(er)(er)在有焊料的(de)焊點上(shang)會長出晶須造(zao)成(cheng)(cheng)短點。
最重(zhong)要的是，研究合(he)著者/萊斯(si)大學材料(liao)科(ke)學與(yu)納米(mi)工(gong)程助理教授MingTang說(shuo)，科(ke)學家(jia)知(zhi)道(dao)晶須(xu)在有壓應力(compressivestress)的情形(xing)下(xia)出(chu)現，卻對電池循(xun)環過程中(zhong)鋰金屬(shu)鍍層也會引起壓應力的機(ji)制(zhi)(zhi)不甚理解，而壓應力與(yu)鋰電池陽極的樹突形(xing)成脫(tuo)不了關(guan)系。雖(sui)然晶須(xu)像直線(xian)，枝晶更蜿蜒些，但兩者形(xing)成機(ji)制(zhi)(zhi)是相似的。
基于(yu)這種(zhong)理解，研究人員首先模擬在平面電鍍軟金屬期(qi)間(jian)產(chan)生(sheng)的(de)壓應力(li)，以顯示鋰(li)枝(zhi)晶如(ru)何生(sheng)長(chang)，實驗表明(ming)，將鋰(li)金屬涂(tu)覆在平坦基底上會使鋰(li)無處可去(qu)，于(yu)是(shi)它(ta)改以枝(zhi)晶形式出現。
與錫相比，鋰(li)的(de)熔點更(geng)低(180.5°C)，也就(jiu)是說鋰(li)原子在室溫下更(geng)具流動性，如果有壓力，原子更(geng)樂意(yi)移動，這就(jiu)是為(wei)什么我們可以在數小(xiao)時甚至幾分鐘內就(jiu)看到(dao)樹突形成的(de)原因(yin)。
為了(le)解(jie)決(jue)這項問題，團隊找出一(yi)種能(neng)(neng)幫助(zhu)抑制鋰(li)(li)枝晶(jing)生(sheng)成的(de)技術，糖就在這里發(fa)揮角色功能(neng)(neng)。研究人(ren)員將(jiang)糖塊與一(yi)種液態硅膠聚(ju)二甲基矽(xi)氧烷(PDMS)一(yi)起注入基底，然后將(jiang)糖溶解(jie)，留(liu)下只剩(sheng)軟硅膠的(de)三(san)維多孔結構，就像(xiang)一(yi)塊可能(neng)(neng)會塌陷(xian)變形的(de)海(hai)綿，接著覆蓋(gai)一(yi)層薄銅層以傳導電子，最后用(yong)鋰(li)(li)金屬填充空洞。(Source：萊斯(si)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限公司始(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(xue)家(jia)已經注意(yi)到，鋰電(dian)池中的(de)枝晶(dendrites)與出現(xian)在金(jin)屬中的(de)晶須相似。枝晶是由于電(dian)池電(dian)極表面鋰沉積不均勻(yun)而(er)(er)形成(cheng)(cheng)，會造(zao)成(cheng)(cheng)電(dian)池容(rong)量損失、充(chong)放電(dian)效率降低、短路等問題；晶須(whisker)則(ze)是出現(xian)在電(dian)子元件中的(de)一(yi)種現(xian)象，20世紀(ji)初真空管時期，科學(xue)家(jia)用純(chun)(chun)錫或接近純(chun)(chun)錫的(de)合金(jin)作為焊料，而(er)(er)在有焊料的(de)焊點上(shang)會長出晶須造(zao)成(cheng)(cheng)短點。
最重(zhong)要的是，研究合(he)著者/萊斯(si)大學材料(liao)科(ke)學與(yu)納米(mi)工(gong)程助理教授MingTang說(shuo)，科(ke)學家(jia)知(zhi)道(dao)晶須(xu)在有壓應力(compressivestress)的情形(xing)下(xia)出(chu)現，卻對電池循(xun)環過程中(zhong)鋰金屬(shu)鍍層也會引起壓應力的機(ji)制(zhi)(zhi)不甚理解，而壓應力與(yu)鋰電池陽極的樹突形(xing)成脫(tuo)不了關(guan)系。雖(sui)然晶須(xu)像直線(xian)，枝晶更蜿蜒些，但兩者形(xing)成機(ji)制(zhi)(zhi)是相似的。
基于(yu)這種(zhong)理解，研究人員首先模擬在平面電鍍軟金屬期(qi)間(jian)產(chan)生(sheng)的(de)壓應力(li)，以顯示鋰(li)枝(zhi)晶如(ru)何生(sheng)長(chang)，實驗表明(ming)，將鋰(li)金屬涂(tu)覆在平坦基底上會使鋰(li)無處可去(qu)，于(yu)是(shi)它(ta)改以枝(zhi)晶形式出現。
與錫相比，鋰(li)的(de)熔點更(geng)低(180.5°C)，也就(jiu)是說鋰(li)原子在室溫下更(geng)具流動性，如果有壓力，原子更(geng)樂意(yi)移動，這就(jiu)是為(wei)什么我們可以在數小(xiao)時甚至幾分鐘內就(jiu)看到(dao)樹突形成的(de)原因(yin)。
為了(le)解(jie)決(jue)這項問題，團隊找出一(yi)種能(neng)(neng)幫助(zhu)抑制鋰(li)(li)枝晶(jing)生(sheng)成的(de)技術，糖就在這里發(fa)揮角色功能(neng)(neng)。研究人(ren)員將(jiang)糖塊與一(yi)種液態硅膠聚(ju)二甲基矽(xi)氧烷(PDMS)一(yi)起注入基底，然后將(jiang)糖溶解(jie)，留(liu)下只剩(sheng)軟硅膠的(de)三(san)維多孔結構，就像(xiang)一(yi)塊可能(neng)(neng)會塌陷(xian)變形的(de)海(hai)綿，接著覆蓋(gai)一(yi)層薄銅層以傳導電子，最后用(yong)鋰(li)(li)金屬填充空洞。(Source：萊斯(si)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限公司始(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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