利用電池內部自熱效應 可消除鋰電池陽極樹突堆積

鋰金屬陽極電池的能量密度遠高于石墨陽極的鋰離子電池，但由于枝晶問題嚴重，無法大規模商業化。然而，科學家現在發現，如果在高電流密度下循環充電和放電增強了電池的自熱效應，那么這一舉措實際上可以“治愈”鋰電池的樹枝狀結構。可充電鋰離子電池是消費電子產品中使用的主要電池，越來越成為電動汽車和電網儲能應用的首選。它的正極（陰極）是鋰金屬氧化物，負極（陽極）是石墨。然而，科學家們并沒有放棄具有更高能量密度的鋰金屬電池，他們一直在不懈地努力尋找更強大的鋰金屬蓄電池的出路。美國倫斯勒理工學院的研究人員現在已經找到了一種利用電池內部熱能將樹突擴散到光滑層中的方法，或者正如研究負責人、材料科學與工程系教授Nikhil Koratkar所說，樹突可以通過電池的自熱效應“原位修復”。這篇論文發表在《科學》雜志上。我們知道，電池基本上由陰極、陽極、電解質和隔離膜組成，其中隔離膜位于兩個電極之間，以防止電池因相互接觸而短路；此外，由隔離膜填充電解質的孔隙是離子（帶電原子）在電極之間穿梭的通道；隔離膜吸收的電解質越多，離子電導率就越高。當電池放電時，陽極上帶正電的鋰離子被傳輸到陰極發電；

當電池充電時，鋰離子從陰極流回陽極。然而，在以鋰金屬為陽極的電池的重復充電和放電過程中，由于鋰沉積不均勻，很容易在陽極表面形成枝晶。這些難以處理的沉積物最終會穿透分離器并接觸陰極，導致電池短路，并有爆炸和火災的風險。使用石墨作為陽極避免了鋰枝晶的問題，這是目前最好的電池選擇，但很快，它們可能無法跟上存儲容量的需求。為了開發鋰金屬電池，研究人員提出的解決方案是利用電池的內部電阻加熱來消除枝晶積累。電阻加熱（也稱為焦耳加熱）是金屬材料抵抗電流從而產生熱量的過程。這種“自加熱”效應可以通過充電和放電過程發生。因此，研究人員通過提高電池的電流密度（充放電速率）來增強自熱效應，并發現這一過程可以使枝晶均勻平滑地擴散，達到“愈合”的效果，在鋰硫電池的實驗中也獲得了同樣的結果。因此，當不使用電池時，電池可以通過多次循環高速充電和放電來“自我修復”。這項研究聽起來很有希望。加壓充電可以使電池恢復活力，防止樹枝晶引起的短路，確保電池更安全，具有高能量密度，但這能防止電池快速衰減嗎？也許這個團隊需要進一步研究。鋰金屬陽極電池的能量密度遠高于石墨陽極的鋰離子電池，但由于枝晶問題嚴重，無法大規模商業化。然而，科學家現在發現，如果在高電流密度下循環充電和放電增強了電池的自熱效應，那么這一舉措實際上可以“治愈”鋰電池的樹枝狀結構。可充電鋰離子電池是消費電子產品中使用的主要電池，越來越成為電動汽車和電網儲能應用的首選。它的正極（陰極）是鋰金屬氧化物，負極（陽極）是石墨。然而，科學家們并沒有放棄具有更高能量密度的鋰金屬電池，他們一直在不懈地努力尋找更強大的鋰金屬蓄電池的出路。美國倫斯勒理工學院的研究人員現在已經找到了一種利用電池內部熱能將樹突擴散到光滑層中的方法，或者正如研究負責人、材料科學與工程系教授Nikhil Koratkar所說，樹突可以通過電池的自熱效應“原位修復”。這篇論文發表在《科學》雜志上。我們知道，電池基本上由陰極、陽極、電解質和隔離膜組成，其中隔離膜位于兩個電極之間，以防止電池因相互接觸而短路；此外，由隔離膜填充電解質的孔隙是離子（帶電原子）在電極之間穿梭的通道；隔離膜吸收的電解質越多，離子電導率就越高。當電池放電時，陽極上帶正電的鋰離子被傳輸到陰極發電；

當電池充電時，鋰離子從陰極流回陽極。然而，在以鋰金屬為陽極的電池的重復充電和放電過程中，由于鋰沉積不均勻，很容易在陽極表面形成枝晶。這些難以處理的沉積物最終會穿透分離器并接觸陰極，導致電池短路，并有爆炸和火災的風險。使用石墨作為陽極避免了鋰枝晶的問題，這是目前最好的電池選擇，但很快，它們可能無法跟上存儲容量的需求。為了開發鋰金屬電池，研究人員提出的解決方案是利用電池的內部電阻加熱來消除枝晶積累。電阻加熱（也稱為焦耳加熱）是金屬材料抵抗電流從而產生熱量的過程。這種“自加熱”效應可以通過充電和放電過程發生。因此，研究人員通過提高電池的電流密度（充放電速率）來增強自熱效應，并發現這一過程可以使枝晶均勻平滑地擴散，達到“愈合”的效果，在鋰硫電池的實驗中也獲得了同樣的結果。因此，當不使用電池時，電池可以通過多次循環高速充電和放電來“自我修復”。這項研究聽起來很有希望。加壓充電可以使電池恢復活力，防止樹枝晶引起的短路，確保電池更安全，具有高能量密度，但這能防止電池快速衰減嗎？也許這個團隊需要進一步研究。

標簽：發現

汽車資訊熱門資訊