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(tang)或許是人類健康殺手，但它如今也被科學家用來當作防(fang)止鋰金屬電(dian)池陽極枝(zhi)晶生成的基底材料，為(wei)下一代高能(neng)量(liang)密(mi)度候選代表鋰金屬電(dian)池的主要(yao)障礙提(ti)出(chu)了(le)解決(jue)方法。
科學(xue)家已經注意(yi)到，鋰電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)枝(zhi)晶(jing)(dendrites)與出現在金(jin)屬(shu)中(zhong)的(de)晶(jing)須相似(si)。枝(zhi)晶(jing)是由于電(dian)池(chi)電(dian)極表面鋰沉積不均勻而(er)形成，會(hui)造(zao)成電(dian)池(chi)容量損失、充放電(dian)效(xiao)率降低、短路等問(wen)題；晶(jing)須(whisker)則是出現在電(dian)子元(yuan)件(jian)中(zhong)的(de)一(yi)種(zhong)現象(xiang)，20世紀(ji)初真空管時期，科學(xue)家用純錫或接近(jin)純錫的(de)合金(jin)作為焊(han)(han)料，而(er)在有焊(han)(han)料的(de)焊(han)(han)點上(shang)會(hui)長出晶(jing)須造(zao)成短點。
最重(zhong)要的是(shi)，研究合著者/萊(lai)斯大學(xue)材(cai)料(liao)科(ke)學(xue)與納米工程助理教(jiao)授MingTang說，科(ke)學(xue)家知(zhi)道晶須(xu)(xu)在有(you)壓應力(compressivestress)的情形(xing)下出現，卻對電(dian)池循(xun)環過程中鋰金屬(shu)鍍層也會引起(qi)壓應力的機制不(bu)甚理解，而(er)壓應力與鋰電(dian)池陽極的樹突形(xing)成(cheng)脫不(bu)了(le)關系。雖然(ran)晶須(xu)(xu)像直線，枝(zhi)晶更蜿蜒些(xie)，但兩(liang)者形(xing)成(cheng)機制是(shi)相似的。
基于這(zhe)種(zhong)理解，研(yan)究(jiu)人員首先(xian)模擬在平(ping)面電(dian)鍍軟金(jin)屬期間產生的壓應力，以顯示鋰(li)枝晶(jing)如何生長，實驗表明，將鋰(li)金(jin)屬涂覆在平(ping)坦基底上會使鋰(li)無處可去，于是(shi)它改以枝晶(jing)形式出現。
與(yu)錫相(xiang)比，鋰的熔點更(geng)低(di)(180.5°C)，也就是說鋰原(yuan)子在室(shi)溫下更(geng)具流動性，如果有壓力，原(yuan)子更(geng)樂意移動，這就是為什么我(wo)們可以在數(shu)小(xiao)時甚至幾分(fen)鐘內就看到(dao)樹突(tu)形(xing)成的原(yuan)因。
為了解(jie)決這(zhe)(zhe)項問題，團(tuan)隊找出一(yi)種能幫助(zhu)抑制鋰(li)枝晶生(sheng)成的(de)技術，糖(tang)就在這(zhe)(zhe)里發揮角色(se)功(gong)能。研究人員將糖(tang)塊與一(yi)種液態硅膠聚二甲基矽氧烷(wan)(PDMS)一(yi)起注入(ru)基底，然后將糖(tang)溶解(jie)，留下只剩軟硅膠的(de)三(san)維多(duo)孔結構，就像一(yi)塊可能會(hui)塌陷變形的(de)海綿，接著(zhu)覆蓋一(yi)層薄銅層以傳導電子，最(zui)后用鋰(li)金屬填(tian)充空洞(dong)。(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(hai)施(shi)能(neng)電(dian)器設備(bei)有限公(gong)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(xue)家已經注意(yi)到，鋰電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)枝(zhi)晶(jing)(dendrites)與出現在金(jin)屬(shu)中(zhong)的(de)晶(jing)須相似(si)。枝(zhi)晶(jing)是由于電(dian)池(chi)電(dian)極表面鋰沉積不均勻而(er)形成，會(hui)造(zao)成電(dian)池(chi)容量損失、充放電(dian)效(xiao)率降低、短路等問(wen)題；晶(jing)須(whisker)則是出現在電(dian)子元(yuan)件(jian)中(zhong)的(de)一(yi)種(zhong)現象(xiang)，20世紀(ji)初真空管時期，科學(xue)家用純錫或接近(jin)純錫的(de)合金(jin)作為焊(han)(han)料，而(er)在有焊(han)(han)料的(de)焊(han)(han)點上(shang)會(hui)長出晶(jing)須造(zao)成短點。
最重(zhong)要的是(shi)，研究合著者/萊(lai)斯大學(xue)材(cai)料(liao)科(ke)學(xue)與納米工程助理教(jiao)授MingTang說，科(ke)學(xue)家知(zhi)道晶須(xu)(xu)在有(you)壓應力(compressivestress)的情形(xing)下出現，卻對電(dian)池循(xun)環過程中鋰金屬(shu)鍍層也會引起(qi)壓應力的機制不(bu)甚理解，而(er)壓應力與鋰電(dian)池陽極的樹突形(xing)成(cheng)脫不(bu)了(le)關系。雖然(ran)晶須(xu)(xu)像直線，枝(zhi)晶更蜿蜒些(xie)，但兩(liang)者形(xing)成(cheng)機制是(shi)相似的。
基于這(zhe)種(zhong)理解，研(yan)究(jiu)人員首先(xian)模擬在平(ping)面電(dian)鍍軟金(jin)屬期間產生的壓應力，以顯示鋰(li)枝晶(jing)如何生長，實驗表明，將鋰(li)金(jin)屬涂覆在平(ping)坦基底上會使鋰(li)無處可去，于是(shi)它改以枝晶(jing)形式出現。
與(yu)錫相(xiang)比，鋰的熔點更(geng)低(di)(180.5°C)，也就是說鋰原(yuan)子在室(shi)溫下更(geng)具流動性，如果有壓力，原(yuan)子更(geng)樂意移動，這就是為什么我(wo)們可以在數(shu)小(xiao)時甚至幾分(fen)鐘內就看到(dao)樹突(tu)形(xing)成的原(yuan)因。
為了解(jie)決這(zhe)(zhe)項問題，團(tuan)隊找出一(yi)種能幫助(zhu)抑制鋰(li)枝晶生(sheng)成的(de)技術，糖(tang)就在這(zhe)(zhe)里發揮角色(se)功(gong)能。研究人員將糖(tang)塊與一(yi)種液態硅膠聚二甲基矽氧烷(wan)(PDMS)一(yi)起注入(ru)基底，然后將糖(tang)溶解(jie)，留下只剩軟硅膠的(de)三(san)維多(duo)孔結構，就像一(yi)塊可能會(hui)塌陷變形的(de)海綿，接著(zhu)覆蓋一(yi)層薄銅層以傳導電子，最(zui)后用鋰(li)金屬填(tian)充空洞(dong)。(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(hai)施(shi)能(neng)電(dian)器設備(bei)有限公(gong)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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