科學家以糖為陽極基底 發現可減少鋰電池枝晶形成

糖可能是人類健康的殺手，但它也被科學家用來防止鋰金屬電池中陽極枝晶的形成，這為下一代代表鋰金屬電池的高能量密度候選者提供了主要障礙的解決方案。科學家們注意到，鋰電池中的枝晶與金屬中出現的晶須相似。樹枝狀物是由于鋰在電池電極表面沉積不均勻而形成的，會造成電池容量損失、充放電效率低、短路等問題。晶須是一種出現在電子元件中的現象。在20世紀初的真空管時期，科學家們使用純錫或接近純錫的合金作為焊料，但焊點上會生長出晶須，導致焊點短路。最重要的是，該研究的合著者、萊斯大學材料科學與納米工程助理教授唐明表示，科學家們知道晶須在壓縮應力下出現，但他們不了解鋰金屬涂層在電池循環過程中也會引起壓縮應力的機制，并且壓縮應力與鋰電池陽極的枝晶形成是分不開的。雖然晶須像直線，枝晶更曲折，但它們的形成機制是相似的。基于這一認識，研究人員首先模擬了軟金屬平板電鍍過程中產生的壓縮應力，以展示鋰枝晶是如何生長的。實驗表明，將鋰金屬涂覆在平坦的基底上會使鋰無處可去，因此它會以樹枝狀出現。與錫相比，鋰的熔點更低（180.5°C），這意味著鋰原子在室溫下更具流動性，如果有壓力，原子更愿意移動，這就是為什么我們可以在數小時甚至數分鐘內看到枝晶的形成。為了解決這個問題，該團隊發現了一種有助于抑制鋰枝晶形成的技術，而糖在其中發揮了作用。研究人員將糖塊與液體硅膠聚二甲基硅氧烷（PDMS）一起注射到基底中，然后溶解糖，只留下柔軟硅膠的三維多孔結構，就像海綿一樣，可能會塌陷變形，然后在其上覆蓋一層薄銅層以傳導電子，最后用鋰金屬填充孔。該團隊（來源：萊斯大學）在這種基質上進行了測試，發現樹突生長顯著減少。這是因為在糖溶解后，基底狀的“褶皺”緩解了鋰金屬內部累積的壓縮應力，電池測試在200次循環后也具有接近98%的庫侖效率。研究仍在進行中，團隊將對電池進行一些調整，看看采用該技術的電池能否趕上商業門檻。這篇論文發表在《自然能源》雜志上。方糖解決了鋰金屬電池的大問題鋰相關發現可以延長電池壽命，提高安全性糖可能是人類健康的殺手，但科學家也使用它來防止鋰金屬電池中陽極枝晶的形成，這為代表鋰金屬電池的下一代高能量密度候選者提供了主要障礙的解決方案。科學家們注意到，鋰電池中的枝晶與金屬中出現的晶須相似。樹枝狀物是由于鋰在電池電極表面沉積不均勻而形成的，會造成電池容量損失、充放電效率低、短路等問題。晶須是一種出現在電子元件中的現象。在20世紀初的真空管時期，科學家們使用純錫或接近純錫的合金作為焊料，但焊點上會生長出晶須，導致焊點短路。最重要的是，該研究的合著者、萊斯大學材料科學與納米工程助理教授唐明表示，科學家們知道晶須在壓縮應力下出現，但他們不了解鋰金屬涂層在電池循環過程中也會引起壓縮應力的機制，并且壓縮應力與鋰電池陽極的枝晶形成是分不開的。雖然晶須像直線，枝晶更曲折，但它們的形成機制是相似的。基于這一認識，研究人員首先模擬了軟金屬平板電鍍過程中產生的壓縮應力，以展示鋰枝晶是如何生長的。實驗表明，將鋰金屬涂覆在平坦的基底上會使鋰無處可去，因此它會以樹枝狀出現。相比之下……

錫，鋰的熔點更低（180.5°C），這意味著鋰原子在室溫下更具流動性，如果有壓力，原子更愿意移動，這就是為什么我們可以在數小時甚至數分鐘內看到枝晶的形成。為了解決這個問題，該團隊發現了一種有助于抑制鋰枝晶形成的技術，而糖在其中發揮了作用。研究人員將糖塊與液體硅膠聚二甲基硅氧烷（PDMS）一起注射到基底中，然后溶解糖，只留下柔軟硅膠的三維多孔結構，就像海綿一樣，可能會塌陷變形，然后在其上覆蓋一層薄銅層以傳導電子，最后用鋰金屬填充孔。該團隊（來源：萊斯大學）在這種基質上進行了測試，發現樹突生長顯著減少。這是因為在糖溶解后，基底狀的“褶皺”緩解了鋰金屬內部累積的壓縮應力，電池測試在200次循環后也具有接近98%的庫侖效率。研究仍在進行中，團隊將對電池進行一些調整，看看采用該技術的電池能否趕上商業門檻。這篇論文發表在《自然能源》雜志上。方糖解決了鋰金屬電池的大問題鋰相關發現可以延長電池壽命，提高安全性

標簽：世紀發現

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