財(cái)聯(lián)社上海8月23日訊(編輯 黃君芝)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?cè)噲D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?!?/p>
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(cè)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?!?/p>