電池的突破為長距離電動汽車提供了長久動力

時間:2020-07-23 11:13來源:科技報告與資訊 作者:綜合報道
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      為了追求能夠為電動汽車提供單次充電數(shù)百英里動力的可充電電池，科學家們努力用金屬鋰陽極取代目前電動汽車電池中使用的石墨陽極。
 
      但是，雖然金屬鋰可以將電動汽車的行駛里程延長30-50%，但由于鋰的枝晶問題，即在多次充放電過程中在鋰陽極上形成的微小樹狀缺陷，也縮短了電池的使用壽命。更糟糕的是，樹枝狀缺陷如果與陰極接觸，會使電池中的電池短路。
 
      幾十年來，研究人員認為，堅硬的固體電解質(zhì)，如由陶瓷制成的電解質(zhì)，可以最好地防止樹枝狀物穿過電池。但是，許多人發(fā)現(xiàn)，這種方法的問題是，它并沒有阻止樹枝狀物的形成或 "成核"，首先，就像汽車擋風玻璃上的微小裂縫，最終會蔓延。
 
      現(xiàn)在，能源部勞倫斯-伯克利國家實驗室的研究人員與卡內(nèi)基-梅隆大學合作，在《Nature Materials》雜志上報告了一類由聚合物和陶瓷制成的新的柔軟固體電解質(zhì)，它能在樹枝狀物傳播并導致電池失效之前，將其抑制在早期成核階段。
 
       固態(tài)儲能技術，如固態(tài)金屬鋰電池，使用固體電極和固體電解質(zhì)，可以提供高能量密度，同時具有優(yōu)異的安全性，但該技術必須克服多樣化的材料和加工挑戰(zhàn)。
 
       "我們的枝晶抑制技術對電池行業(yè)有著令人興奮的意義，"共同作者Brett Helms說，他是伯克利實驗室分子鑄造廠的工作人員科學家。"有了它，電池制造商可以生產(chǎn)出更安全的鋰金屬電池，同時具有高能量密度和長循環(huán)壽命。"
 
       Helms補充說，用新電解液制造的鋰金屬電池也可以用來為電動飛機提供動力。
 
       枝晶抑制的新方法
 
       這些新的固體電解質(zhì)設計的關鍵是使用固有微孔的軟聚合物，即PIMs，其孔隙中填充了納米級的陶瓷顆粒。由于電解液仍然是一種柔性、柔軟的固體材料，電池制造商將能夠制造出一卷卷的鋰箔，電解液作為陽極和電池分離器之間的層壓材料。Helms說，這些鋰電極子組件，或LESA，是傳統(tǒng)石墨陽極的有吸引力的即插即用替代品，允許電池制造商使用現(xiàn)有的裝配線。
 
       為了證明新的PIM復合電解液的樹枝狀抑制功能，Helms團隊在伯克利實驗室的先進光源使用X射線創(chuàng)建了金屬鋰和電解液之間的界面的3-D圖像，并在大電流下可視化鋰的電鍍和剝離長達16小時。當新的PIM復合電解液存在時，觀察到鋰的持續(xù)平滑生長，而在沒有它的情況下，界面顯示出樹枝狀生長早期階段的明顯跡象。
 
       這些數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)證實了金屬鋰電沉積新物理模型的預測，該模型同時考慮了固體電解質(zhì)的化學和機械特性。
 
       論文標題為《Universal chemomechanical design rules for solid-ion conductors to prevent dendrite formation in lithium metal batteries》
 
(責任編輯：子蕊)
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