斯坦福大學開發(fā)新的數學模型 推動下一代鋰金屬電池發(fā)展

與鋰離子電池相比，鋰金屬電池的能量密度更高，充電速度更快，重量也更輕，但其商業(yè)應用一直受限，其中一個主要原因是枝晶生長問題。據外媒報道， （Stanford University）開展新的研究，從理論角度探討枝晶問題，為制造更好、更安全的鋰金屬電池開辟了道路。

（圖片來源：斯坦福大學）

該校研究人員開發(fā)了一個數學模型，將形成枝晶的物理和化學過程整合在一起。該模型顯示，更換具有某些特性的新電解質，可以減緩甚至完全阻止枝晶生長。鋰離子通過電解質在電池的兩個電極之間移動。研究人員表示，這項研究旨在指導設計壽命更長的鋰金屬電池。

設計方向

為了解枝晶形成的原因，研究人員開發(fā)了關于電池內部電場和鋰離子通過電解質材料傳輸的數學表達式，以及其他相關機制。

憑借這項研究的結果，研究人員可以專注于（物理上）合理材料和構建組合。研究人員Hamdi Tchelepi表示：“希望其他研究人員此為基礎，設計具有適當屬性的設備，并減少在實驗室中反復進行試驗的次數，以及實驗變化的范圍。”

具體來說，這項研究希望實現新的電解質設計策略，包括追求材料的各向異性，即在不同的方向上表現出不同的性質。使用各向異性電解質，可以微調離子傳輸和界面化學之間復雜的相互作用，阻止枝晶形成。研究人員指出，一些液晶和凝膠顯示出類似特性。

該研究發(fā)現的另一種方法集中在電池隔膜上，這種薄膜可以防止電池兩端的電極接觸和短路。通過設計具有孔隙特征的新型隔膜，可使鋰離子以各向異性方式在電解質中往返傳輸。

構建和測試

該團隊希望，其他研究人員能夠跟進這項研究發(fā)現的“線索”。下一步將基于實驗性新電解質配方和電池架構，制造和測試真實的設備，以驗證其有效性、可擴展性和成本。

在此基礎上，研究人員致力于構建成熟的鋰金屬電池系統(tǒng)（DABS）的虛擬表示形式，也就是所謂的“數字化身”，以不斷提升這些領先儲能設備的性能。

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