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韓國科學家打造出超薄鋰金屬陽極

2021-06-02 15:26  來源:cnBeta.COM  瀏覽:  

韓國的科學家們在電池研究方面取得了突破性進展,有助于突破能源存儲的一個關(guān)鍵瓶頸。鋰金屬電池架構(gòu)是極有前途的電池方向,其容量是當今傳統(tǒng)鋰電池的 10 倍,而最新研究克服了鋰金屬電池商業(yè)化進程中的一個重要技術(shù)難題。

鋰金屬電池之所以有如此大的前景,是因為純鋰金屬的能量密度非常好。科學家希望使用該材料取代現(xiàn)有鋰電池中陽極所用的石墨,不過想要將其商業(yè)化需要解決很多復雜問題。其中一個關(guān)鍵問題就是和枝晶(dendrites)有關(guān),在電池長時間使用后會在電池陽極表面形成。這些枝晶會刺穿陽極并迅速導致電池短路、失效甚至是起火。

因此,這一領(lǐng)域的許多研究集中在防止樹枝狀物的形成,我們已經(jīng)看到了一些有希望的和創(chuàng)造性的解決方案。其中許多側(cè)重于在陽極和電池的電解液之間形成一個保護界面,該界面在循環(huán)時在電極之間來回攜帶電荷。

研究作者、韓國大邱慶北科技學院(DGIST)的李永民(Yong Min Lee)教授說:“鋰枝晶的形成在很大程度上取決于鋰陽極的表面性質(zhì)。因此,LMB(鋰金屬電池)的一個關(guān)鍵戰(zhàn)略是在鋰表面建立一個有效的固體電解質(zhì)界面(SEI)”。

Lee 和他的同事通過使用金屬鋰粉作為起點來解決這個問題,這創(chuàng)造了更高的表面積,并能夠創(chuàng)建薄而寬的電極。然而,這種技術(shù)的一個缺點是表面的不均勻性,這再次導致電池的失敗。隨后 DGIST 的科學家們發(fā)現(xiàn),解決方案的可能性在于在鋰粉中添加硝酸鋰。

在制造過程中預先植入這種化合物,使該團隊能夠創(chuàng)造出超薄的鋰金屬陽極,并在表面形成光滑和均勻的界面層。事實證明,這使電池在450次充電循環(huán)中保持穩(wěn)定,其中它保留了87%的容量,并表現(xiàn)出96%的庫倫效率。

Lee 表示“我們預計,在LMP電極中預先植入鋰穩(wěn)定添加劑將是實現(xiàn)具有高比能量和長循環(huán)壽命的大規(guī)模鋰金屬、鋰硫和鋰空氣電池商業(yè)化的一個基石”。

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