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锂金属电池承受适当压力后,会产生最佳性能

2021-10-20 17:50:06 加州大学圣地亚哥分校 阅读:
一个由材料科学家和化学家组成的团队已经确定了锂金属电池(lmb)在电池运行过程中需要承受的适当堆叠压力,以产生最佳性能。

加州大学圣地亚哥分校、密歇根州立大学、爱达荷州国家实验室和通用汽车研发中心的研究人员组成的团队已经确定了锂金属电池(lmb)在电池运行过程中需要承受的适当堆叠压力,以产生最佳性能。 WMGednc

该发现已发表于在 10 月 18 日的《Nature Energy》杂志上。WMGednc

用锂金属代替石墨做电池负极是部分电池研发领域的终极目标;这些锂金属电池(LMB) 有可能将当今最好的锂离子技术的容量提高一倍。例如,在电池重量相同的情况下,锂金属电池驱动的电动汽车的续航里程是锂离子电池驱动的汽车的两倍。WMGednc

尽管与锂离子电池相比具有这一优势,但 LMB 不被认为是为电动汽车或电子产品供电的可行选择,因为它们的使用寿命短且存在安全隐患,特别是由锂枝晶生长引起的短路。研究人员和技术人员已经注意到,在电池循环期间使 LMB 承受压力可提高性能和稳定性,有助于解决这一寿命挑战。但是这背后的原因还没有被完全理解。WMGednc

WMGednc

顶行:在 70 kPa 或 kPa(小于 1 个大气压)下沉积锂的顶视图和横截面 底行:在 350 kPa 或 3.5 个大气压下沉积锂的顶视图和横截面 较高的压力导致锂颗粒以整齐堆叠的柱状沉积,这增加了沉积的锂的体积并防止了孔隙率。图片来源:加州大学圣地亚哥分校WMGednc

“我们不仅回答了这个科学问题,还确定了所需的最佳压力,”加州大学圣地亚哥分校纳米工程系教授、该论文的资深作者 Shirley Meng 说。“我们还提出了新的测试协议,以获得最大的 LMB 性能。”WMGednc

在Nature Energy研究中,研究人员使用多种表征和成像技术来研究 LMB 形态并量化电池在不同压力下的性能。WMGednc

他们发现更高的压力水平迫使锂颗粒沉积在整齐的柱子中,中间没有任何多孔空间。实现这一结果所需的压力为 350 公斤帕斯卡(大约 3.5 个大气压)。相比之下,承受较低压力的电池是多孔的,锂颗粒以无序的方式沉积,为枝晶生长留下空间。WMGednc

研究人员还表明,该过程不会影响电池电解质的固体电解质界面 (SEI) 结构。WMGednc

但是,要应用这种新技术,必须对 LMB 的制造设施进行改造。WMGednc

另一种提高性能的方法是在电池循环时不要完全放电。取而代之的是,研究人员保留了一个锂库,在那里可以发生再成核。WMGednc

研究人员的发现在密歇根州的通用汽车研发中心得到了验证。WMGednc

另外,爱达荷州国家实验室的研究人员使用分子动力学模拟来了解这项工作中使用的烟囱压力范围,该范围远小于基于宏观力学模型的预期。研究人员解释了这一独特过程的机械起源。WMGednc

“研究机构应该继续与国家实验室和行业合作,解决电池领域的实际问题,”该论文的第一作者方程成说。在孟的研究小组中,现在在密歇根州立大学任教。WMGednc

Demi Xia编译WMGednc

责编:DemiWMGednc

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