鋰金屬電池愛長枝晶？美國科學(xué)家：刷上一層粉末即可解決

為了追求更好的電池，科學(xué)家們正在探索許多不同的設(shè)計(jì)，而鋰金屬是一種具有巨大潛力的結(jié)構(gòu)。然而，枝晶的形成會(huì)迅速導(dǎo)致電池故障，阻礙了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。

近期，美國萊斯大學(xué)（Rice University）的科學(xué)家們提出了一種很有希望的解決方案，即在電極表面刷上一種細(xì)粉末，以確保電極的存活。這項(xiàng)研究成果已于近期發(fā)表在了《先進(jìn)材料》雜志上。

眾所周知，在鋰金屬電池中，石墨作為陽極被純金屬鋰取代，這種材料提供了非常高的能量密度，可以使電池充電更快，并提供多達(dá)10倍的容量，但目前的技術(shù)還難以讓它長時(shí)間穩(wěn)定地工作。當(dāng)電池循環(huán)時(shí)，枝晶會(huì)在陽極上形成，并可能導(dǎo)致電池短路、故障或著火。

迄今為止，科學(xué)家已研發(fā)了不少可能的解決方案。在上述最新研究中，萊斯大學(xué)的科學(xué)家們試圖用一種新穎的“刷牙療法”來解決這個(gè)問題。

具體而言，這項(xiàng)技術(shù)首先要在陽極制造出一個(gè)有紋理的表面，然后刷上一種由磷和硫制成的粉末。這導(dǎo)致粉末與鋰金屬陽極反應(yīng)，形成一個(gè)精細(xì)的保護(hù)膜，改變其表面能量。

萊斯大學(xué)化學(xué)家James Tour說，“這提供了一個(gè)金屬復(fù)合表面，可以防止鋰金屬從陽極流失、以及枝晶的產(chǎn)生，這是鋰金屬電池的常見問題。鋰金屬電池的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的鋰離子電池，但鋰金屬往往難以反復(fù)充電。”

據(jù)稱，這種薄膜具有調(diào)節(jié)陽極表面的作用，使整個(gè)循環(huán)過程更為均勻，從而提高了電池的壽命。它在測試電池中進(jìn)行了340次充電循環(huán)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們比現(xiàn)有電池多保留了70%的容量。

此外，該薄膜在電池退化的另一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)上也表現(xiàn)良好，即它可保持超低極化超過4000小時(shí)，大約是沒有該種薄膜的陽極的8倍。

Tour說，“這將簡化大容量電池的制造，同時(shí)大大改善它們。將這些粉末狀固體刷在鋰金屬陽極上，可以顯著減少枝晶的形成，從而減少電池短路。”

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