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    液體電極層可以提高電池充電性能

    放大字體  縮小字體 發布日期:2021-10-28
     

    在鋰陽極和固體電解質之間放置一層液態金屬顯示固態電池充電的改進。

    任何關注固態鋰金屬電池發展的人都知道在充電過程中會遇到很多挑戰。這些電池中的陽極(負極)由一層薄鋰金屬箔組成,這一層薄鋰金屬箔提供的鋰離子比鋰離子電池使用中的石墨陽極多的多,因此會產生更高的能量顯示密度。在充電過程中,鋰針狀枝晶覆蓋在鋰金屬表面。這些針狀樹突的鋰枝晶的擴散會導致電池短路,引起火災。

    固態電池

    電池的固態部分來自固態聚合物或陶瓷電解液材料,可以抑制鋰針狀枝晶擴散。這已經取得了部分成功,但樹突的生長仍給設計造成長期困擾。未來電動汽車(EV)是需要快速直流充電的。不幸的是,樹突的生長隨著更快速的充電而迅速增長,到目前為止這個問題在很大程度上阻礙了實用固態鋰電池的大規模商業化。

    研究人員在提高電池性能這方面努力解決問題。一組研究團隊中的科學家是由麻省理工大學(MIT),得克薩斯農工大學(TAMU),布朗大學(Brown University)與卡內基梅隆大學(CMU)組成的,最近在對鋰金屬陽極表面的使用一層液體金屬電極材料薄膜進行研究。

    液體金屬電極

    該研究團隊在高溫電池實驗中,使用融化的金屬電極受到啟發。這些電池是在幾百度高溫下工作,所以在便攜式電池驅動設備或電動汽車上是不適用的。然而,這些電池可以在高電流的情況下進行充電,而不形成有害樹突。MIT畢業學生Richard Park在新聞發布會中說道:“開發電極的動機是基于精心挑選的合金電極,是為了在引入液體階段作為金屬電極的自愈成分。”

    為了提供相似的液體-固體界面,該研究團隊開發了一個半固體電極,放置于鋰金屬陽極與固體電解質材料之間。這個半固體電極提供了一個可以自愈的表層,同時也有助于防止脆性電解質表面出現微小裂紋,從而為樹突生長提供場所。半固體電極的材料是由鈉和鉀組成的,與牙醫用來填補蛀洞的固體金屬混合物相似,但仍然能夠流動和成形。

    根據新聞消息,該研究團隊能夠在液體金屬界面上在運行系統時可以使用比固態鋰金屬大20倍的電流,而不會形成任何樹突的鋰枝晶。

    研究團隊認為這種新的方法可以適應不同版本和結構的固態鋰電池。其中一位研究員CMU機械工程教授Venkatasubramanian Viswanathan說:“我們認為我們可以將這種方法用到任意固態鋰離子電池上。該方法可以立即用于電池開發,擴大應用的發展,從手持設備到電動汽車再到電動航空。”

    現在判斷在鋰金屬陽極與固態電解質之間液體金屬層是一個突破還是僅僅是向固態鋰電池發展的又一步,還為時尚早。通過關注金屬電極特性,而不僅僅關注是固體電解質的性質,這項研究可能會激發進一步的創新。

    中國化學與物理電源行業協會 楊柳翻譯

    2021.9.9

     
    關于我們:中國化學與物理電源行業協會(China Industrial Association of Power Sources,縮寫:CIAPS) 是由電池行業企(事)業單位自愿組成的全國性、行業性、非營利性的社會組織。協會成立于1989年12月,現有530多家會員單位,下設堿性蓄電池與新型化學電源分會、酸性蓄電池分會、鋰電池分會、太陽能光伏分會、干電池工作委員會、電源配件分會、移動電源分會、儲能應用分會、動力電池應用分會和電池隔膜分會等十個分支機構。
    本會專業范圍包括:鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、鋅錳堿錳電池、鋰一次電池、鋰離子電池、太陽電池、燃料電池、鋅銀電池、熱電池、超級電容器、溫差發電器及其他各種新型電池、電池系統解決方案,以及各類電池用原材料、零配件、生產設備、測試儀器和電池管理系統等。

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