電池的突破為長距離電動(dòng)汽車提供了長久動(dòng)力

時(shí)間:2020-07-23 11:13來源:科技報(bào)告與資訊 作者:綜合報(bào)道
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      為了追求能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車提供單次充電數(shù)百英里動(dòng)力的可充電電池，科學(xué)家們努力用金屬鋰陽極取代目前電動(dòng)汽車電池中使用的石墨陽極。
 
      但是，雖然金屬鋰可以將電動(dòng)汽車的行駛里程延長30-50%，但由于鋰的枝晶問題，即在多次充放電過程中在鋰陽極上形成的微小樹狀缺陷，也縮短了電池的使用壽命。更糟糕的是，樹枝狀缺陷如果與陰極接觸，會(huì)使電池中的電池短路。
 
      幾十年來，研究人員認(rèn)為，堅(jiān)硬的固體電解質(zhì)，如由陶瓷制成的電解質(zhì)，可以最好地防止樹枝狀物穿過電池。但是，許多人發(fā)現(xiàn)，這種方法的問題是，它并沒有阻止樹枝狀物的形成或 "成核"，首先，就像汽車擋風(fēng)玻璃上的微小裂縫，最終會(huì)蔓延。
 
      現(xiàn)在，能源部勞倫斯-伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員與卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)合作，在《Nature Materials》雜志上報(bào)告了一類由聚合物和陶瓷制成的新的柔軟固體電解質(zhì)，它能在樹枝狀物傳播并導(dǎo)致電池失效之前，將其抑制在早期成核階段。
 
       固態(tài)儲(chǔ)能技術(shù)，如固態(tài)金屬鋰電池，使用固體電極和固體電解質(zhì)，可以提供高能量密度，同時(shí)具有優(yōu)異的安全性，但該技術(shù)必須克服多樣化的材料和加工挑戰(zhàn)。
 
       "我們的枝晶抑制技術(shù)對(duì)電池行業(yè)有著令人興奮的意義，"共同作者Brett Helms說，他是伯克利實(shí)驗(yàn)室分子鑄造廠的工作人員科學(xué)家。"有了它，電池制造商可以生產(chǎn)出更安全的鋰金屬電池，同時(shí)具有高能量密度和長循環(huán)壽命。"
 
       Helms補(bǔ)充說，用新電解液制造的鋰金屬電池也可以用來為電動(dòng)飛機(jī)提供動(dòng)力。
 
       枝晶抑制的新方法
 
       這些新的固體電解質(zhì)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是使用固有微孔的軟聚合物，即PIMs，其孔隙中填充了納米級(jí)的陶瓷顆粒。由于電解液仍然是一種柔性、柔軟的固體材料，電池制造商將能夠制造出一卷卷的鋰箔，電解液作為陽極和電池分離器之間的層壓材料。Helms說，這些鋰電極子組件，或LESA，是傳統(tǒng)石墨陽極的有吸引力的即插即用替代品，允許電池制造商使用現(xiàn)有的裝配線。
 
       為了證明新的PIM復(fù)合電解液的樹枝狀抑制功能，Helms團(tuán)隊(duì)在伯克利實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光源使用X射線創(chuàng)建了金屬鋰和電解液之間的界面的3-D圖像，并在大電流下可視化鋰的電鍍和剝離長達(dá)16小時(shí)。當(dāng)新的PIM復(fù)合電解液存在時(shí)，觀察到鋰的持續(xù)平滑生長，而在沒有它的情況下，界面顯示出樹枝狀生長早期階段的明顯跡象。
 
       這些數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)證實(shí)了金屬鋰電沉積新物理模型的預(yù)測(cè)，該模型同時(shí)考慮了固體電解質(zhì)的化學(xué)和機(jī)械特性。
 
       論文標(biāo)題為《Universal chemomechanical design rules for solid-ion conductors to prevent dendrite formation in lithium metal batteries》
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電池 電動(dòng)汽車 電解質(zhì)
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