与锂相关的发现可以延长电池寿命并提高安全性

锂金属电池是数字“智能”设备和电动汽车不断扩大的高密度储能技术的最有希望的候选者之一，但不受控制的锂枝晶生长，导致充电能力差和安全隐患，目前使他们的潜在。

树枝状晶体是在锂金属表面上出现的针状生长物，其用作电池的阳极或负电极。它们会引起不必要的副反应，降低能量密度，最坏的情况是导致电极短路，导致火灾或爆炸。

亚利桑那州立大学的一项新研究表明，使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)或硅树脂三维层作为锂金属阳极的基材已经被发现可以减少枝晶的形成，并且可以显着延长电池寿命并降低安全风险。

根据亚利桑那州立大学物质，运输和能源工程学院教授Hanqing Jiang和Nature Energy上发表的论文的首席研究员的说法，该研究结果与锂离子电池和锂空气电池相关，以及对其他金属阳极电池的影响。

“几乎所有用作电池阳极的金属都会产生枝晶，”江解释说。“例如，这些发现对锌，钠和铝电池也有影响。”

江说，他和研究团队不是从材料或电化学的角度来解决问题，而是寻找机械工程师的解决方案。“我们已经知道，在压力下，锡针或晶须会从锡表面突出，所以我们通过类比的方式研究了应力作为锂枝晶生长因素的可能性。”

第一轮研究涉及在电池阳极底部添加一层PDMS。“枝晶生长明显减少，”江说。研究人员发现，这与PDMS基质以“皱纹”形式的变形减轻了锂金属内积聚的应力这一事实直接相关。

“这是第一次令人信服的证据表明，残余应力在锂枝晶的形成过程中起着关键作用，”江说。

除了对锂枝晶生长机制有基本了解外，江氏集团还提出了一种智能方法，利用这一现象延长锂金属电池的使用寿命，同时保持其高能量密度。解决方案是使PDMS基材具有大量表面的三维形式。“想象中含有大量内部小孔的糖块，”江解释道。“在这些立方体内部，PDMS形成一个连续的网络作为基板，由薄铜层覆盖以传导电子。最后，锂填充孔隙.PDMS，作为多孔的海绵状层，减轻压力和有效抑制枝晶生长。“

“通过与其他锂树枝状抑制方法(如新型电解液添加剂)的协同作用，这一发现对于使锂金属电池成为安全，高密度，长期的储能解决方案具有广泛的意义，”研究团队的Ming Tang教授说。莱斯大学成员。“潜在的应用范围从个人电子设备到为电动汽车供电的特别长的时间，再到太阳能电网的备用电源。”