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美國發(fā)現(xiàn)堿金屬添加劑可阻止鋰枝晶 可制成更安全的低成本鋰電池

時間:2020-11-30 08:36來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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鋰金屬電池生長枝晶(圖片來源:哥倫比亞大學(xué))
 
       電動汽車(EV)對于實現(xiàn)可持續(xù)性節(jié)能未來至關(guān)重要,但是此類車輛的局限性之一是缺乏持久、高能量密度的電池,以減少長途旅行中的燃料需求。與此同時,在停電或電網(wǎng)出現(xiàn)故障時,家庭生活中也遇到了這一挑戰(zhàn),目前市場上沒有小型高效的電池,能夠在家庭沒有電的情況下,為家庭供電一個多晚上。下一代鋰離子電池將是一種輕量化、持久且低成本的儲能設(shè)備,能夠給該行業(yè)帶來革新,但是目前仍面臨著許多挑戰(zhàn)阻礙其實現(xiàn)商業(yè)化。
 
       此類電池的主要問題是,盡管可充電鋰金屬陽極在讓新款鋰電池的表現(xiàn)更好方面扮演著一個關(guān)鍵角色,但是在充放電過程中,此類陽極極易生長枝晶,此種微結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致電池短路、起火,甚至爆炸。
 
       據(jù)外媒報道,當(dāng)?shù)貢r間11月4日,美國哥倫比亞大學(xué)工程學(xué)院(Columbia Engineering)報告表示,他們發(fā)現(xiàn)鉀離子等堿金屬添加劑能夠防止此類鋰枝晶在電池內(nèi)擴散。研究人員結(jié)合使用顯微鏡、核磁共振(類似于MRI)和計算模型發(fā)現(xiàn),在傳統(tǒng)鋰電池電解質(zhì)中添加少量鉀鹽會在鋰/電解質(zhì)界面上產(chǎn)生獨特的化學(xué)反應(yīng)。
利用核磁共振成像和計算機模擬了解鋰金屬陽極表面分子的反應(yīng)性和結(jié)構(gòu)(圖片來源:哥倫比亞大學(xué))
 
       該團隊發(fā)現(xiàn),堿金屬添加劑抑制了此種非導(dǎo)電化合物(枝晶)在鋰金屬表面生長,這與傳統(tǒng)的電解質(zhì)操控方法不同,后者關(guān)注于在金屬表面沉積的導(dǎo)電聚合物。該項研究首次采用了核磁共振對金屬鋰表面進行深入表征,并證明了此種技術(shù)在設(shè)計新型鋰金屬電池電解質(zhì)方面的能力。此外,卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機械工程系Viswanathan小組也與哥倫比亞大學(xué)合作,利用密度泛函理論計算結(jié)果補充了哥倫比亞大學(xué)的研究成果。
 
       研究人員表示:“商用電解質(zhì)是由精心挑選的分子組成的混合物,采用核磁共振和計算機模擬技術(shù),我們能夠最終了解此類獨特的電解質(zhì)配方如何在分子水平上提高了鋰金屬電池的性能,這一發(fā)現(xiàn)最終也為研究人員提供了工具,讓他們能夠優(yōu)化電解質(zhì)設(shè)計、實現(xiàn)穩(wěn)定的鋰金屬電池。”
 
       目前,該團隊正在測試能夠阻止鋰金屬表面形成有害沉積物的堿金屬添加劑,同時測試能夠促進鋰金屬表面導(dǎo)電層生長的更加傳統(tǒng)的添加劑。此外,研究人員還在積極采用核磁共振技術(shù)以直接測量鋰離子透過該表層的傳輸速率。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
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