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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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，如由陶瓷制成的電解質，可以最好地防止樹枝狀物穿過電池。但是，許多人發現，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。
現在，能源部勞倫斯-伯克利國家實驗室的研究人員與卡內基-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，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。
固態儲能技術，如固態金屬鋰電池，使用固體電極和固體電解質，可以提供高能量密度，同時具有優異的安全性，但該技術必須克服多樣化的材料和加工挑戰。
"我們的枝晶抑制技術對電池行業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出更安全的鋰金屬電池，同時具有高能量密度和長循環壽命。"
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。
這些數據和其他數據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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