加州大學戴維斯分校提出離子流解決方案 可使枝晶生長最多減少99%

據國外媒體報道，加州大學戴維斯分校化學工程系副教授Jiandi Wan領導的研究小組提出了一種解決方案，這將解決可充電鋰金屬電池中的枝晶生長問題。該團隊證明，在下一代可充電電池中，正極附近流動的離子可能會提高電池的安全性和壽命。

(來源:加州大學戴維斯分校)

金屬鋰電池是一種以金屬鋰為負極的鋰電池。這種電池充電密度高，能量容量可能是傳統鋰離子電池的兩倍，但安全性是個大問題。電池充電時，部分離子在正極表面還原成金屬鋰，形成不規則的樹枝狀微結構，最終可能導致短路甚至爆炸。

根據這一理論，枝晶的生長是由陰極表面附近的傳質與鋰離子還原速率的競爭引起的。當離子的還原速率遠快于傳質時，在正極附近會產生一個不含任何離子的電中性間隙，稱為空間電荷層。該層不穩定，被認為是枝晶生長的原因。因此，減小或消除該間隙可以減少枝晶生長，從而延長電池壽命。

研究人員希望通過讓離子流過微流體通道中的正電極來恢復電荷并抵消這一間隙。概念驗證測試表明，這種離子電流可以減少高達99%的枝晶生長。

這項研究證明了使用微流體解決電池相關問題的有效性，并為該領域的未來研究鋪平了道路。研究人員表示:“通過這種基礎研究和微流控方法，我們可以定量地了解流動對枝晶生長的影響。目前還沒有多少團體進行過這方面的研究。”

雖然微流體不能直接用于真正的電池，但研究小組正在尋找其他方法來應用這項研究的基本原理，并在正極表面附近引入局部流動，以補償陽離子并消除空間電荷層。萬說:“我們很高興探索這項研究的新應用。我們已經在設計陰極表面來引入對流。”據國外媒體報道，加州大學戴維斯分校化學工程系副教授Jiandi Wan領導的研究小組提出了一種解決方案，這將解決可充電鋰金屬電池中的枝晶生長問題。該團隊證明，在下一代可充電電池中，正極附近流動的離子可能會提高電池的安全性和壽命。

(來源:加州大學戴維斯分校)

金屬鋰電池是一種以金屬鋰為負極的鋰電池。這種電池充電密度高，能量容量可能是傳統鋰離子電池的兩倍，但安全性是個大問題。電池充電時，部分離子在正極表面還原成金屬鋰，形成不規則的樹枝狀微結構，最終可能導致短路甚至爆炸。

根據這一理論，枝晶的生長是由陰極表面附近的傳質與鋰離子還原速率的競爭引起的。當離子的還原速率遠快于傳質時，在正極附近會產生一個不含任何離子的電中性間隙，稱為空間電荷層。該層不穩定，被認為是枝晶生長的原因。因此，減小或消除該間隙可以減少枝晶生長，從而延長電池壽命。

研究人員希望通過讓離子流過微流體通道中的正電極來恢復電荷并抵消這一間隙。概念驗證測試表明，這種離子電流可以減少高達99%的枝晶生長。

這項研究證明了使用微流體解決電池相關問題的有效性，并為該領域的未來研究鋪平了道路。研究人員表示:“通過這種基礎研究和微流控方法，我們可以定量地了解流動對枝晶生長的影響。目前還沒有多少團體進行過這方面的研究。”

雖然微流體不能直接用于真正的電池，但我的研究小組……尋找其他方法來應用本研究的基本原理，并在正電極表面附近引入局部流動，以補償陽離子并消除空間帶電層。萬說:“我們很高興探索這項研究的新應用。我們已經在設計陰極表面來引入對流。”

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