研究人员展示了下一代锂金属电池的进展

华盛顿州立大学的一个研究团队开发了一种解决锂金属电池的一个主要安全问题的方法-这种创新可以使高能电池更适合下一代储能。

研究人员为他们的电池使用了一种配方,导致在他们的锂阳极周围形成一个独特的保护层,保护电池不被降解,并允许它们在典型的条件下工作更长时间。 由WSU机械和材料工程学院助理教授宋敏-李玉牵头,研究人员在“纳米能源”杂志上报道了这项工作。

宋说,锂金属被认为是电池的“理想材料”。 这是因为在已知的固体材料中,它的能量密度最高,这意味着电池可以运行两倍的时间,并且比为大多数现代电子产品提供动力的无处不在的锂离子电池具有更多的能量。 当锂离子电池通过在石墨阳极和锂钴氧化物阴极之间传递锂离子来工作时,锂金属电池中的阳极是由高能锂金属制成的。

宋说:“如果我们能直接使用锂金属,我们就能显著提高电池的能量密度。”

虽然锂金属的优点已经知道了几十年,但研究人员从未能够使它们安全工作。 当电子通过外部电路在阳极和阴极之间移动以为设备供电时,像树枝状的圣诞树开始在锂金属上形成。 树突生长直到引起电短片、火灾或爆炸。 即使它们不着火,锂金属电池也很快失去充电能力。

WSU的研究团队开发了一种电池,将二硫硒(一种用于头皮屑洗发水的无毒化学物质)包装成多孔碳结构作为阴极。 他们在液体电解质中添加了两种添加剂,这些添加剂通常是在下一代锂电池中探索的。

宋说,这两种添加剂协同工作,在锂金属表面形成了一层保护层,致密、导电、坚固,足以抑制树突的生长,同时具有良好的循环稳定性。 当在典型的电流密度下测试时,人们将用于电子产品,保护的锂金属阳极能够重新充电500次,并保持高效率。

他说:“这种独特的保护层使锂阳极在循环过程中的形态变化很小,并有效地减轻了锂枝晶的生长和不必要的副反应。”

研究人员认为,他们的技术可以是可扩展的和成本效益高的。

宋说:“如果商业化的话,这种新颖的配方确实有潜力。” “与仍有数年之久的固态电池相比,你不必改变制造程序,这将更快地适用于实际工业,为开发周期寿命长的高能锂金属电池开辟了一条很有前途的道路。”

研究人员正在继续研究电池,开发一种分离器,进一步保护电池材料不变质,并在不损害性能的情况下提高安全性。

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