金屬鋰具有開發(fā)更大電池容量的潛力

導(dǎo)讀:美國科學(xué)家展示了一種改善電池性能的新方法。該小組集成了在陽極表面形成的自組裝層,防止樹突的形成。雖然他們的原型電池壽命很短,但該團(tuán)隊相信,這種方法可以帶來性能更好的電池,尤其適用于低溫應(yīng)用。

在滿足對新的、先進(jìn)的儲能技術(shù)的需求的許多方法中,鋰金屬陽極是最有前途的一種。金屬鋰的存儲容量是常用石墨的幾倍,可以開發(fā)更大的電池容量。

鋰離子儲能技術(shù)中的幾個新概念有可能極大地提高電池的能量容量。其中包括鋰金屬陽極,這有可能將能量密度提高50%以上。

然而,它是一種很難處理的材料。在大多數(shù)可用的液體電解質(zhì)中,它傾向于形成枝晶——枝狀結(jié)構(gòu),生長在陽極上,這威脅著性能和安全。許多人認(rèn)為固態(tài)電解質(zhì)是安全集成鋰金屬陽極的唯一解決方案。然而,研究人員仍在繼續(xù)研究其他可能性。

美國賓夕法尼亞州立大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個小組發(fā)現(xiàn),通過在陽極表面沉積一層額外的層,可以保護(hù)鋰并防止樹突的形成。所述活性層沉積在薄銅上,包括富氟化鋰內(nèi)相和非晶外層。

在《自然能源》雜志發(fā)表的一篇論文中描述了將這一層集成到電池中的工作,該論文通過化學(xué)活性單分子層調(diào)節(jié)界面實現(xiàn)了低溫和高速率充電鋰金屬電池。賓夕法尼亞州立大學(xué)電池和儲能技術(shù)中心機械工程教授王東海說:“關(guān)鍵是調(diào)整分子化學(xué),使其在表面自組裝?！背潆姇r,單層將提供良好的固態(tài)電解質(zhì)界面,保護(hù)鋰陽極。

包含這一層的電池顯示其容量為每平方厘米2毫安小時,在零下15攝氏度的環(huán)境下充電時間為45分鐘。這一層還可以在低至零下60攝氏度的溫度下穩(wěn)定地沉積鋰。

然而,電池只能維持200次的穩(wěn)定循環(huán)——這比激發(fā)商業(yè)興趣所需的壽命要短得多。然而,賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究小組確信這一問題是可以克服的,他們的方法在未來的能源儲能應(yīng)用中很有價值。

機械工程教授王東海表示:“關(guān)鍵在于,這項技術(shù)能夠在需要的時候形成一層膜,分解并自發(fā)轉(zhuǎn)化,所以它會留在銅上,也會覆蓋在鋰的表面。最終,它可以用于無人機、汽車,或用于水下低溫應(yīng)用的一些非常小的電池。”

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