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加州大学戴维斯分校提出离子流解决方案 可使枝晶生长最多减少99%

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58京牌 ,加州大学戴维斯分校(UC Davis)化学工程系副教授Jiandi Wan领导的研究团队提出一种方案,或将解决可充电锂金属电池中的枝晶生长问题。该团队证明,在下一代充电电池中,在正极附近流动的离子有可能提升电池的安全性和寿命。

(图片来源:UC Davis)

锂金属电池是一种以锂金属为负极的锂电池。该类电池具有高电荷密度,并且其能量容量有可能达到传统锂离子电池的两倍,但安全性是一个大问题。当电池充电时,一些离子在正极表面被还原为锂金属,并形成不规则的枝晶微结构,最终可能导致短路甚至爆炸。

该理论认为,枝晶生长是由正极表面附近的质量传递和锂离子还原速度相竞争所致。 当离子的还原速度比质量传递快得多时,在正极附近会产生一个不含任何离子的电中性间隙,称为空间带电层(space-charged layer)。该层具有不稳定性,被认为是导致枝晶生长的原因,因此减少或消除这一间隙,可能会减少枝晶生长,从而延长电池寿命。

研究人员希望,通过让离子在微流控通道中流过正极,来恢复电荷并抵消这一间隙。概念验证测试显示,这种离子流可以使枝晶生长最多减少99%。

这项研究展示利用微流体来解决电池相关问题的有效性,并为该领域的未来研究铺平道路。研究人员表示:“通过此项基础性研究和微流体方法,我们能够定量了解流动对枝晶生长的影响。目前还没有多少团体进行过这方面的研究。”

虽然不能在真正的电池中直接使用微流体,但研究团队正在寻找其他方法来应用这项研究的基本原理,并在正极表面附近引入局部流动,以补偿阳离子并消除空间带电层。Wan表示:“我们很高兴探索这项研究的新应用。我们已经在进行正极表面设计,以引入对流。”

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