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怎样给锂电池延长寿命并提升安性?

[ 发布日期:2018-05-24 19:24:00 来源:河南洛阳多铭光电科技有限公司 【打印此文】 【关闭窗口】]

  随着数字化智能设备和电动汽车市场的日益扩张,锂金属电池可以说是有前途的高密度储能技术之。然而,锂金属电池技术的大壁垒是会出现不可控的锂枝晶,并由此引起充电能力变差和安隐患的问题。

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  锂枝晶指的是锂金属在用作电池的阳或负时表面生长出的针状物,它会引起有害的副反应而降低能量密度,严重的甚至会导致电短路而引发火灾或爆炸。
  
  日前,亚利桑那州立大学(ArizonaStateUniversity)的项新研究发现,使用三维聚二甲基硅氧烷(PDMS)层作为电池中锂金属阳的基体材料,能够有地抑制锂枝晶的形成,从而大大地延长电池寿命,减少安隐患。该研究于3月6日发表在的期刊《自然•能源》(NatureEnergy)上。
  
  论文的研究员姜汉卿(HanqingJiang)教授说,这个发现对锂离子(lithium-ion)电池和锂空气(lithium-air)电池都有意义,并且对其他金属阳电池也有很大的意义。因为几乎所有用作电池阳的金属都会产生枝状晶体,比如,锌、钠和铝电池等。
  
  姜汉卿称,他和研究团队并不是从材料或电化学的角度来解决这个问题的,而是从机械工程师的角度来寻找解决方案。他说,“已知的研究表明,微小的锡针或锡须(类似枝状晶体)在应力作用下会从锡金属的表面伸出,因此通过类比,我们研究了应力作为锂枝晶生长原因的可能性。”
  
  在轮研究中,研究者在电池的阳底部加了层柔性PDMS,发现锂枝晶的生长有明显的减少。研究者的分析表明,金属锂电中累积的应力被PDMS基底以褶皱变形的形式所释放,而这种枝晶减少的趋势与此应力释放直接相关。
  

  “这是从实验上证明了残余应力在锂枝晶的形成中起着关键作用”,姜汉卿说除了研究锂枝晶的生长机制外,姜汉卿团队又进步研究了如何利用这种现象(应力释放减少枝晶生长)来延长锂金属电池的寿命,同时还保持高能量密度。

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  研究者提出的方法是将PDMS基体做成具备很多表面的三维结构。“利用块内部含有大量小孔的方糖作为模板,PDMS进入方糖内部的孔隙中,形成个连续的网络状基底,再镀层薄薄的铜层以传导电子。,再用锂金属充满这些孔隙。PDMS作为种多孔的海绵状层,能够有减轻应力并抑制枝晶生长”,姜汉卿解释说。
  
  该研究小组成员之、莱斯大学(RiceUniversity)的MingTang教授说:“通过与其他抑制锂枝晶的方法相结合,比如新的电解液添加剂,这发现对于使锂金属电池成为种安、高密度、长期储存能量的解决方案具有广泛的意义。这种技术的潜在应用范围非常广泛,从个人电子设备供电,到为电动汽车提供超长时动力,再到作为太阳能电网的备用电源。”
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