作为不断发展的电池技术改进的一部分,全世界有许多阳极研究正在进行。一种想法是用锂金属代替阳极上常用的石墨,这要归功于纽约州伦斯勒理工学院的一些研究。
自我修复的锂金属阳极=使用寿命更长,能量密度更高
十年来,向更高能量密度的竞争一直没有停止,而且似乎越来越强大。电池密度不断提高,价格下降了,但仍有很大的改进空间。这些突破主要是通过使用不同的化学方法实现的,但有时只是改进已知的化学方法,包括提供高能量密度的某些已知化学方法(电动汽车非常需要,因为对于相同的重量或相同的驱动范围,这意味着更多的行驶距离重量更轻)。
某些电池化学物质的最大挑战之一是由于树枝状晶体的积累而导致的劣化和储能能力的损失-这使研究人员无法将电池的使用寿命延长,以提高商业竞争力。一种潜在的新解决方案是利用热量使锂金属电池自愈,即消除阳极中危险的枝晶堆积。用非技术术语来说,锂金属电极上的枝晶堆积会降低效率,并最终导致电池“磨损”。当电池充电和放电时,会形成树枝状晶体。树枝状晶体堆积的速度越快,电池的储能能力就越快地低于消费者的可接受性。可以将其视为牙齿上的牙菌斑-将其留在牙齿上的时间越长,就越有可能形成蛀牙并缩短牙齿的“使用寿命”。
“图像显示了温度驱动的锂树枝状晶体的融合和融合,形成均匀(光滑)的表面,从而消除了锂离子电池短路的风险。”
根据“绿色汽车大会”上的一篇文章,新的加热解决方案导致锂枝晶融合并融合成均匀(光滑)的表面。这也消除了电池单元和电池组中电气短路的风险。还有更多:
尽管锂(Li)金属电极具有极高的能量密度,但目前仍无法在商用可充电电池中使用,因为电化学镀覆和剥离总是会导致树枝状晶体的生长,从而降低库仑效率,最终使电池短路。已经提出了许多消除树枝状晶体形成的方法。
现在,伦斯勒理工学院(RPI)的团队正在采取相反的方法。研究人员提高了电池的电流密度(充放电速率),从而触发了所产生的树枝状晶体的广泛自热,从而导致锂的表面扩散,换言之,将树枝状晶体扩散成均匀的层。关于他们工作的论文发表在《科学》杂志上。
最初的研究人员之一陆莉这样解释:“人们普遍认为,在高电流密度下,枝晶问题会加剧。在这里,我们报告了一种枝晶演化的机制,在这种情况下,情况恰恰相反。在我们的实验中,我们发现,当电镀和剥离电流密度提高到每平方厘米〜9毫安以上时,树枝状晶体就会大量自热,从而引发Li的大量表面迁移。这种表面扩散可治愈树枝状晶体并平滑锂金属表面。我们证明,重复剂量的高电流密度康复治疗可以使锂硫电池安全循环并具有高库仑效率。”
从技术上讲,通过使用电池的内部电阻加热(也称为焦耳加热)(这是金属材料对电流的抵抗力的结果),您可以使枝晶变得平滑-如使用锂硫的概念验证所证明的那样。电池。
多年来,电池突破是我们已经习惯的事情。疯狂的发展步伐使石油工业和每年为它获得难以捉摸的燃料来源的数十亿美元感到羞耻。
在过去的十年中,锂电池已经承担了主要的电动交通负荷,其奇特的化学性质不断暗示着其更高的性能和使用寿命。自修复的锂金属阳极似乎又向前迈出了积极的一步。
有关:在实验室测试中,碳质子电池每单位质量的能量存储与锂电池一样多