從智能手機(jī)到電動(dòng)汽車，今天的許多技術(shù)都采用鋰離子電池。這意味著消費(fèi)者必須隨身攜帶充電器。iPhone X電池僅持續(xù)21小時(shí)的通話時(shí)間，而特斯拉的S型號具有335英里的續(xù)航時(shí)間 - 這意味著你可以期望從特拉華州的紐瓦克到羅德島的普羅維登斯，但不是一直到波士頓。 ，一次充電。

世界各地的科學(xué)家 - 包括他自己的鋰離子電池的發(fā)明者John Goodenough--都在尋找使充電電池更安全，更輕巧，更強(qiáng)大的方法。

現(xiàn)在，由特拉華大學(xué)機(jī)械工程教授，燃料電池和電池中心主任Bingqing Wei領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)正在開展工作，為更廣泛使用鋰金屬電池奠定基礎(chǔ)。這將比當(dāng)今消費(fèi)電子產(chǎn)品中常用的鋰離子電池具有更大的容量。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種減輕鋰金屬電池中枝晶形成的方法，他們在Nano Letters上發(fā)表的一篇論文中對此進(jìn)行了描述。

鋰金屬電池的承諾(和陷阱)

在鋰離子電池中，陽極或電流產(chǎn)生側(cè)由諸如石墨的材料制成，鋰離子與其結(jié)合。鋰離子流向陰極或電流收集側(cè)。

在鋰金屬電池中，陽極由鋰金屬制成。電子從陽極流到陰極以發(fā)電。由鋰金屬制成的可充電電池具有很大的前景，因?yàn)殇囀亲罹唠娬缘慕饘俨⑶揖哂蟹浅８叩娜萘俊?/p>

“從理論上講，鋰金屬是電池的最佳選擇之一，但在實(shí)踐中很難處理，”魏說。

到目前為止，鋰金屬電池效率低，不穩(wěn)定，甚至火災(zāi)。它們的性能受到鋰枝晶的阻礙，這些樹枝看起來像是由鋰沉積物制成的小石筍。當(dāng)使用電池時(shí)，鋰離子聚集在陽極上。隨著時(shí)間的推移，鋰沉積物變得不均勻，導(dǎo)致這些枝晶的形成，這可能導(dǎo)致電池短路。

一種新的理解

世界各地的研究小組已經(jīng)嘗試了各種技術(shù)來抑制這些樹突的形成和生長。在研究了文獻(xiàn)之后，Wei發(fā)現(xiàn)幾乎所有應(yīng)用的技術(shù)都可以在傘下理解：在系統(tǒng)中引入一層多孔材料可以阻止枝晶在陽極上聚集。

研究小組利用數(shù)學(xué)模型發(fā)現(xiàn)，多孔材料抑制了樹突的起始和生長。形成的樹突比缺少多孔膜的系統(tǒng)中形成的樹枝短75%。為了進(jìn)一步證明這一發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)制造了一個(gè)由多孔氮化硅細(xì)線制成的薄膜，每根薄膜的測量值不到百萬分之一米。然后，他們將這種膜整合到電池中的鋰金屬電池中并運(yùn)行3000小時(shí)。沒有樹突生長。

“這種基本的理解可能不僅限于我們使用的氮化硅，”Wei說。“其他多孔結(jié)構(gòu)也可能這樣做。”

更重要的是，這一原則也可能延伸到其他電池系統(tǒng)，如鋅基或鉀基電池，他說。

“在這個(gè)金屬電池領(lǐng)域，這是最新的理解，”他說。“這是一種可能產(chǎn)生重大影響的工作。”