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德國科學(xué)家研發(fā)多孔碳隔膜可有效防止鋰金屬電池短路失效

時間:2021-06-18 22:25來源:財聯(lián)社作者:綜合報道

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通過用石墨代替高密度純金屬鋰，科學(xué)家們或許能夠顯著提高電池技術(shù)的性能，但仍有一些障礙需要克服。德國耶拿大學(xué)（Friedrich Schiller University）科學(xué)家們的碳膜研究成果，展示了如何防止電池失效并且在數(shù)百次循環(huán)中安全地充電。

　　眾所周知，阻礙鋰金屬電池發(fā)展的主要問題是被稱為枝晶的針狀結(jié)構(gòu)的形成。鋰金屬電池的儲能能力是當(dāng)今磷酸鐵鋰電池的10倍。充電過程中，當(dāng)鋰離子在電池的兩個電極之間移動時，鋰原子聚集在負極上，也就是所謂的陽極。

　　時間一長，電池內(nèi)就會形成枝晶，刺穿電極之間的隔膜，導(dǎo)致電池短路和故障。因此，如果科學(xué)家們能找到一種方法來防止枝晶的形成，它就可能使鋰金屬電池能夠走得更遠。

　　事實上，我們已經(jīng)看到了各種創(chuàng)造性的潛在解決方案來解決這個問題。這些技術(shù)包括超薄鋰、納米管薄膜和自組裝保護層的使用。德國這項新研究的參與者試圖通過使用一種具有微調(diào)孔的新型碳膜來對抗枝晶，這種膜能以正確的方式影響離子傳輸。

　　耶拿大學(xué)的Andrey Turchanin教授解釋說，“這就是為什么我們將一種極薄的、由碳制成的二維膜應(yīng)用于隔膜，其孔的直徑不到一納米。這些微小的開口比臨界核還要小，從而阻止了導(dǎo)致枝晶形成的結(jié)核出現(xiàn)。鋰沒有形成針刺狀結(jié)構(gòu)，而是以光滑的薄膜形式沉積在陽極上。”

　　該團隊將這種電池與另一種沒有保護膜的電池一起進行了測試，發(fā)現(xiàn)這種電池的壽命是另一種電池的兩倍，而且在數(shù)百次充電循環(huán)中沒有顯示出枝晶生長的跡象。科學(xué)家們認為朝下一代鋰電池邁出有希望的一步。他們已經(jīng)申請了專利，現(xiàn)在將研究如何將這種薄膜整合到制造過程中。

　　華盛頓州立大學(xué)的研究生Sathish Rajendran也參與了這項研究，他說，“與電池的其他組件相比，隔膜受到的關(guān)注最少。隔膜上納米厚度的二維膜能在多大程度上改變電池的壽命是很吸引人的。”

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標簽：鋰金屬電池電池短路多孔碳隔膜

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