鋰電池延長(zhǎng)壽命的方法有那些？如何提升它的安全性能？
來(lái)源：未知
2019-07-15 09:55
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日前，亞利桑那州立大學(xué)（Arizona State University）的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，使用三維聚二甲基硅氧烷（PDMS）層作為電池中鋰金屬陽(yáng)極的基體材料，能夠有效地抑制鋰枝晶的形成，從而大大地延長(zhǎng)電池壽命，減少安全隱患。該研究于3月6日發(fā)表在最新的頂級(jí)期刊《自然·能源》（Nature Energy）上。
論文的首席研究員姜漢卿（Hanqing Jiang）教授說(shuō)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)鋰離子（lithium-ion）電池和鋰空氣（lithium-air）電池都有意義，并且對(duì)其他金屬陽(yáng)極電池也有很大的意義。因?yàn)閹缀跛杏米麟姵仃?yáng)極的金屬都會(huì)產(chǎn)生枝狀晶體，比如，鋅、鈉和鋁電池等。
他和研究團(tuán)隊(duì)并不是從材料或電化學(xué)的角度來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的，而是從機(jī)械工程師的角度來(lái)尋找解決方案。他說(shuō)，“已知的研究表明，微小的錫針或錫須（類(lèi)似枝狀晶體）在應(yīng)力作用下會(huì)從錫金屬的表面伸出，因此通過(guò)類(lèi)比，我們研究了應(yīng)力作為鋰枝晶生長(zhǎng)原因的可能性。”
在第一輪研究中，研究者在電池的陽(yáng)極底部加了一層柔性PDMS，發(fā)現(xiàn)鋰枝晶的生長(zhǎng)有明顯的減少。研究者的分析表明，金屬鋰電極中累積的應(yīng)力被PDMS基底以褶皺變形的形式所釋放，而這種枝晶減少的趨勢(shì)與此應(yīng)力釋放直接相關(guān)。
“這是首次從實(shí)驗(yàn)上證明了殘余應(yīng)力在鋰枝晶的形成中起著關(guān)鍵作用”，姜漢卿說(shuō)。
除了研究鋰枝晶的生長(zhǎng)機(jī)制外，姜漢卿團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步研究了如何利用這種現(xiàn)象（應(yīng)力釋放減少枝晶生長(zhǎng)）來(lái)延長(zhǎng)鋰金屬電池的壽命，同時(shí)還保持高能量密度。
研究者提出的方法是將PDMS基體做成具備很多表面的三維結(jié)構(gòu)。“利用一塊內(nèi)部含有大量小孔的方糖作為模板，PDMS進(jìn)入方糖內(nèi)部的孔隙中，形成一個(gè)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀基底，再鍍一層薄薄的銅層以傳導(dǎo)電子。最后，再用鋰金屬充滿(mǎn)這些孔隙。PDMS作為一種多孔的海綿狀層，能夠有效減輕應(yīng)力并抑制枝晶生長(zhǎng)”，。
一個(gè)多國(guó)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)近日設(shè)計(jì)出一種高性能的固態(tài)微型超級(jí)電容器，克服了以往電容器容量小或者充放電時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。他們通過(guò)模仿自然葉片中的脈紋，利用其中的自然運(yùn)輸通道，設(shè)計(jì)出的電容器薄膜能夠使離子高效地?cái)U(kuò)散到石墨烯層。他們采用石墨烯和銅氫氧化物的納米纖維的混合物來(lái)制造薄膜，在獲得滿(mǎn)足要求厚度的薄膜后，加入酸性溶液將納米纖維溶解掉，從而獲得具有納米通道的薄膜。在制造超級(jí)電容器時(shí)，該薄膜放置在塑料層上，隨后再上面覆蓋一層并排的金條紋，沒(méi)有被金條紋覆蓋的地方都被化學(xué)物質(zhì)刻蝕掉，從而只剩下被金條紋覆蓋的薄膜，隨后在垂直于金條紋的方向加入金觸點(diǎn)焊盤(pán)，同時(shí)在其余地方注入導(dǎo)電膠并凝固，從塑料層剝離后，就獲得了新型的超級(jí)電容器。測(cè)試表明，該電容器的體積密度容量是目前電容器的十倍。該款電容器將有望應(yīng)用于所有的便攜式電子設(shè)備中。
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可以在夜晚進(jìn)行太陽(yáng)能儲(chǔ)存的電池
德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校的研究人員設(shè)計(jì)出一種新型電池，能夠在陰天時(shí)儲(chǔ)存大量的太陽(yáng)能。研究人員設(shè)計(jì)出一種WO3/TiO2混合光電極，并利用該電極制造出新的全釩光電化學(xué)電池（PEC）。測(cè)試結(jié)果證實(shí)了利用該方法儲(chǔ)存/釋放太陽(yáng)能的可行性，即便是在黑暗的環(huán)境中，并且鎢青銅是從半導(dǎo)體中儲(chǔ)存并且釋放光生電子的主要原因。同時(shí)，研究人員也觀察到電子儲(chǔ)存和全釩電解質(zhì)之間的協(xié)同作用，該作用能夠大幅提升電池的充放電能力、儲(chǔ)存電子的容量以及光電流。這項(xiàng)研究成果也許將改寫(xiě)我們儲(chǔ)存太陽(yáng)能的歷史。這一研究成果發(fā)表在《ACS Catalysis》期刊上。
