华盛顿州立大学开发“梦想材料”为锂电池设计带来新突破

2020年02月19日 14:35 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

有科学家认为,想要极大地改善当前锂离子电池的性能,引入锂金属作为阳极组件,或许是一个可行的方法。而华盛顿州立大学(WSU)研究人员提出的一种“梦想材料”,能够替代当前的负极材料,从而大举推动锂电池的发展。事实证明,想要将锂电池安全地集成到设备中,仍面临着一些考验。

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(来自:WSU,via New Atlas

不过现在,科学家们已经提出了克服这一障碍的方法。通过采用一种新的设计,在材料周围添加一层保护,以隔绝起火隐患。

据悉,在充放电的过程中,锂离子可在两个电极之间来回移动。当前阳极多为石墨与铜的混合材料制作,但科学家看到了极大的改进空间。

华盛顿州立大学的 Min-Kyu Song 表示:“纯锂金属在固体材料中提供了最高的能量密度,若被用作阳极,可将锂电池的寿命延长两倍、并容纳更多的能量”。

此前,将锂金属集成到锂离子电池中的努力,一直受到安全问题的困扰。当锂离子在电池两极间来回传递时,回导致在材料表面形成所谓的枝晶。

这些触手状的突起可能导致材料破裂短路,快速失去电荷、引发电击甚至火灾。不过 WSU 新开发的电池,已经较好地克服了围绕纯锂金属阳极的一些安全问题。

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Min-Kyu Song 带领的一支科学家团队,想到了由多孔结构的无毒化学物质(二硫化硒)制成电池的阴极。

同时向电解质溶液(供锂离子在两极间来回移动的介质)中引入两种添加剂,结果发现这种混合材料可在锂金属阳极表面上形成保护层。

其具有致密、导电和坚固的特性,能够促进良好的充电稳定性,同时避免形成危险的晶枝。后续测试表明,新型电池不仅可以充电 500 次,还可以保持高效率。

Min-Kyu Song 表示:“这种独特的保护层,在循环过程中几乎不会引起锂阳极的形态变化,并有效减轻锂枝晶的生长和有害的副反应”。

最后,科学家还致力于将纯锂金属阳极引入电池的其它方法,包括用固态电(而非液态)电解质。

近年来,这类固态电池已经显现出激动人心的潜力。不过 WSU 团队的方案,显然拥有更切实际的商业化优势。

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