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華盛頓州立大學開發“夢想材料”為鋰電池設計帶來新突破

作者:中國儲能網新聞中心 來源:cnBeta 發布時間:2020-02-19 瀏覽:
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有科學家認為,想要極大地改善當前鋰離子電池的性能,引入鋰金屬作為陽極組件,或許是一個可行的方法。而華盛頓州立大學(WSU)研究人員提出的一種“夢想材料”,能夠替代當前的負極材料,從而大舉推動鋰電池的發展。事實證明,想要將鋰電池安全地集成到設備中,仍面臨著一些考驗。

不過現在,科學家們已經提出了克服這一障礙的方法。通過采用一種新的設計,在材料周圍添加一層保護,以隔絕起火隱患。

據悉,在充放電的過程中,鋰離子可在兩個電極之間來回移動。當前陽極多為石墨與銅的混合材料制作,但科學家看到了極大的改進空間。

華盛頓州立大學的 Min-Kyu Song 表示:“純鋰金屬在固體材料中提供了最高的能量密度,若被用作陽極,可將鋰電池的壽命延長兩倍、并容納更多的能量”。

此前,將鋰金屬集成到鋰離子電池中的努力,一直受到安全問題的困擾。當鋰離子在電池兩極間來回傳遞時,回導致在材料表面形成所謂的枝晶。

這些觸手狀的突起可能導致材料破裂短路,快速失去電荷、引發電擊甚至火災。不過 WSU 新開發的電池,已經較好地克服了圍繞純鋰金屬陽極的一些安全問題。

Min-Kyu Song 帶領的一支科學家團隊,想到了由多孔結構的無毒化學物質(二硫化硒)制成電池的陰極。

同時向電解質溶液(供鋰離子在兩極間來回移動的介質)中引入兩種添加劑,結果發現這種混合材料可在鋰金屬陽極表面上形成保護層。

其具有致密、導電和堅固的特性,能夠促進良好的充電穩定性,同時避免形成危險的晶枝。后續測試表明,新型電池不僅可以充電 500 次,還可以保持高效率。

Min-Kyu Song 表示:“這種獨特的保護層,在循環過程中幾乎不會引起鋰陽極的形態變化,并有效減輕鋰枝晶的生長和有害的副反應”。

最后,科學家還致力于將純鋰金屬陽極引入電池的其它方法,包括用固態電(而非液態)電解質。

近年來,這類固態電池已經顯現出激動人心的潛力。不過 WSU 團隊的方案,顯然擁有更切實際的商業化優勢。

關鍵字:鋰電池

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