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电池的突破为长距离电动汽车提供了长久动力
电池的突破为长距离电动汽车提供了长久动力
  • 发布时间:2020-09-28 16:56

电池的突破为长距离电动汽车提供了长久动力

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为了追求能够为电动汽车提供单次充电数百英里动力的可充电电池,科学家们努力用金属锂阳极取代目前电动汽车电池中使用的石墨阳极。


但是,虽然金属锂可以将电动汽车的行驶里程延长30-50%,但由于锂的枝晶问题,即在多次充放电过程中在锂阳极上形成的微小树状缺陷,也缩短了电池的使用寿命。更糟糕的是,树枝状缺陷如果与阴极接触,会使电池中的电池短路。


几十年来,研究人员认为,坚硬的固体电解质,如由陶瓷制成的电解质,可以最好地防止树枝状物穿过电池。但是,许多人发现,这种方法的问题是,它并没有阻止树枝状物的形成或"成核",首先,就像汽车挡风玻璃上的微小裂缝,最终会蔓延。


现在,能源部劳伦斯-伯克利国家实验室的研究人员与卡内基-梅隆大学合作,在《NatureMaterials》杂志上报告了一类由聚合物和陶瓷制成的新的柔软固体电解质,它能在树枝状物传播并导致电池失效之前,将其抑制在早期成核阶段。


固态储能技术,如固态金属锂电池,使用固体电极和固体电解质,可以提供高能量密度,同时具有优异的安全性,但该技术必须克服多样化的材料和加工挑战。


"我们的枝晶抑制技术对电池行业有着令人兴奋的意义,"共同作者BrettHelms说,他是伯克利实验室分子铸造厂的工作人员科学家。"有了它,电池制造商可以生产出更安全的锂金属电池,同时具有高能量密度和长循环寿命。"


Helms补充说,用新电解液制造的锂金属电池也可以用来为电动飞机提供动力。


枝晶抑制的新方法


这些新的固体电解质设计的关键是使用固有微孔的软聚合物,即PIMs,其孔隙中填充了纳米级的陶瓷颗粒。由于电解液仍然是一种柔性、柔软的固体材料,电池制造商将能够制造出一卷卷的锂箔,电解液作为阳极和电池分离器之间的层压材料。Helms说,这些锂电极子组件,或LESA,是传统石墨阳极的有吸引力的即插即用替代品,允许电池制造商使用现有的装配线。


为了证明新的PIM复合电解液的树枝状抑制功能,Helms团队在伯克利实验室的先进光源使用X射线创建了金属锂和电解液之间的界面的3-D图像,并在大电流下可视化锂的电镀和剥离长达16小时。当新的PIM复合电解液存在时,观察到锂的持续平滑生长,而在没有它的情况下,界面显示出树枝状生长早期阶段的明显迹象。


这些数据和其他数据证实了金属锂电沉积新物理模型的预测,该模型同时考虑了固体电解质的化学和机械特性。


论文标题为《Universalchemomechanicaldesignrulesforsolid-ionconductorstopreventdendriteformationinlithiummetalbatteries》。


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