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      鋰金屬電池愛長枝晶?美國科學家:刷上一層粉末即可解決

      科創板日報 2022-08-24 09:44:53

      為了追求更好的電池,科學家們正在探索許多不同的設計,而鋰金屬是一種具有巨大潛力的結構。然而,枝晶的形成會迅速導致電池故障,阻礙了這項技術的發展。

      近期,美國萊斯大學(Rice University)的科學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粉末,以確保電極的存活。這項研究成果已于近期發表在了《先進材料》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10倍的容量,但目前的技術還難以讓它長時間穩定地工作。當電池循環時,枝晶會在陽極上形成,并可能導致電池短路、故障或著火。

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

      具體而言,這項技術首先要在陽極制造出一個有紋理的表面,然后刷上一種由磷和硫制成的粉末。這導致粉末與鋰金屬陽極反應,形成一個精細的保護膜,改變其表面能量。

      萊斯大學化學家James Tour說,“這提供了一個金屬復合表面,可以防止鋰金屬從陽極流失、以及枝晶的產生,這是鋰金屬電池的常見問題。鋰金屬電池的容量遠遠超過了傳統的鋰離子電池,但鋰金屬往往難以反復充電。”

      據稱,這種薄膜具有調節陽極表面的作用,使整個循環過程更為均勻,從而提高了電池的壽命。它在測試電池中進行了340次充電循環,結果發現它們比現有電池多保留了70%的容量。

      此外,該薄膜在電池退化的另一個關鍵指標上也表現良好,即它可保持超低極化超過4000小時,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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