

根據(jù)最近發(fā)表在《自然-能源》上的一篇論文,一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)在開(kāi)發(fā)快速充電的鋰金屬電池方面取得了重大進(jìn)展。這些電池能夠在短短一小時(shí)內(nèi)完成充電,這要?dú)w功于均勻的鋰金屬晶體的生長(zhǎng),這些晶體可以在一個(gè)令人驚訝的表面迅速播種。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)為未來(lái)的能源儲(chǔ)存帶來(lái)了巨大的希望。
在一篇新的《自然-能源》論文中,工程師們報(bào)告了在實(shí)現(xiàn)快速充電--快至一小時(shí)--的鋰金屬電池方面的進(jìn)展。這種快速充電要?dú)w功于鋰金屬晶體,這種晶體可以在一個(gè)令人驚訝的表面上快速而均勻地播種和生長(zhǎng)。訣竅是使用一種鋰一般不
"喜歡
"的晶體生長(zhǎng)表面。從這些種子晶體中生長(zhǎng)出密集的均勻金屬鋰層。電池研究人員對(duì)均勻的金屬鋰層非常感興趣,因?yàn)樗鼈內(nèi)狈Ρ环Q為樹(shù)枝狀物的降低電池性能的尖峰。電池陽(yáng)極中這些樹(shù)枝狀物的形成是快速充電的超能量密度鋰金屬電池的一個(gè)長(zhǎng)期障礙。由加州大學(xué)圣地亞哥分校工程師領(lǐng)導(dǎo)的這種新方法使鋰金屬電池在大約一小時(shí)內(nèi)完成充電,這一速度與當(dāng)今的鋰離子電池相比具有競(jìng)爭(zhēng)力。加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師與加州大學(xué)歐文分校的成像研究人員合作,在《自然-能源》雜志上于2023年2月9日發(fā)表了這項(xiàng)旨在開(kāi)發(fā)快速充電的鋰金屬電池的進(jìn)展。
為了生長(zhǎng)鋰金屬晶體,研究人員用氟化鋰(LiF)和鐵(Fe)組成的疏鋰納米復(fù)合材料表面取代了鋰金屬電池負(fù)極(陽(yáng)極)上無(wú)處不在的銅表面。使用這種疏水性表面進(jìn)行鋰沉積,形成了鋰晶體種子,并從這些種子中生長(zhǎng)出密集的鋰層--即使在高充電率下。結(jié)果是可以快速充電的長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰金屬電池。
"新的發(fā)現(xiàn)就是這種特殊的納米復(fù)合表面。"加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程教授劉平如是說(shuō),他是這篇新論文的資深作者。"我們挑戰(zhàn)了需要什么樣的表面來(lái)生長(zhǎng)鋰晶體的傳統(tǒng)觀念。普遍的看法是,鋰在它喜歡的表面,即親鋰的表面上生長(zhǎng)得更好。在這項(xiàng)工作中,我們表明這并不總是真的。我們使用的基質(zhì)并不喜歡鋰。然而,它提供了豐富的成核點(diǎn)和快速的表面鋰運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)因素導(dǎo)致了這些美麗晶體的生長(zhǎng)。這是一個(gè)科學(xué)解決技術(shù)問(wèn)題的好例子。"
由加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程師領(lǐng)導(dǎo)的新進(jìn)展可以消除阻礙能量密集型鋰金屬電池在電動(dòng)汽車(EVs)和便攜式電子產(chǎn)品等應(yīng)用中廣泛使用的一個(gè)重要障礙。雖然鋰金屬電池因其高充電密度而在電動(dòng)汽車和便攜式電子產(chǎn)品中具有巨大的潛力,但今天的鋰金屬電池必須以極慢的速度充電,以保持電池的性能和避免安全問(wèn)題。慢速充電是必要的,以盡量減少破壞電池性能的鋰枝晶的形成,因?yàn)殇囯x子與電子結(jié)合,在電池的陽(yáng)極側(cè)形成鋰晶體。鋰晶體在電池充電時(shí)積聚,而鋰晶體在電池放電時(shí)溶解。
在這張SEM圖像中,大而均勻的金屬鋰晶體在一個(gè)表面上生長(zhǎng),這令人驚訝,因?yàn)樗⒉?"喜歡 "鋰。加州大學(xué)圣地亞哥分校的電池研究人員發(fā)現(xiàn),金屬鋰晶體可以被啟動(dòng)(成核),并快速而均勻地生長(zhǎng)為密集的金屬鋰層,而這些金屬鋰層缺乏性能退化的枝晶。在2023年2月9日發(fā)表的《自然-能源》論文中,加州大學(xué)圣地亞哥分校的電池研究人員表明,這種鋰晶體種子的意外形成導(dǎo)致即使在高充電率下也能形成致密的鋰層,從而形成長(zhǎng)周期壽命的鋰金屬電池,也可以快速充電。這一發(fā)現(xiàn)克服了可充電鋰金屬電池的一個(gè)普遍現(xiàn)象,即高速充電總是導(dǎo)致多孔的鋰和短周期壽命。通過(guò)用這種由氟化鋰和鐵制成的疏水性表面取代鋰金屬電池負(fù)極(陽(yáng)極)上無(wú)處不在的銅表面,研究人員為創(chuàng)造更可靠、更安全、更高性能的鋰金屬電池開(kāi)辟了一條新途徑。
以上就是加州大學(xué)圣地亞哥分校對(duì)鋰電池技術(shù)做出突破的相關(guān)內(nèi)容。如果您對(duì)美國(guó)留學(xué)感興趣,歡迎您在線咨詢托普仕留學(xué)老師,托普仕留學(xué)專注美國(guó)前30高校申請(qǐng),助力國(guó)內(nèi)學(xué)子順利獲得美國(guó)藤校入讀資格。