華中農(nóng)業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)新型鋰負(fù)極技術(shù) 可提高鋰金屬電池的安全性和效率

現(xiàn)在，電動(dòng)汽車(chē)和個(gè)人便攜式電子產(chǎn)品持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)電池的需求也越來(lái)越高。鋰金屬電池具有更高的容量、持久性和安全性，有望替代常用的鋰離子電池。推廣使用鋰金屬電池，需要解決兩個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題。首先，這類(lèi)電池往往會(huì)積聚鋰枝晶；第二，電極的體積變化很大。這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致電池的性能下降，引起安全隱患。據(jù)外媒報(bào)道，《納米研究》(Nano Research)雜志上發(fā)表的一篇論文顯示，研究人員描述了一種利用熱灌注(thermalinfusion)開(kāi)發(fā)三維復(fù)合鋰負(fù)極的技術(shù)，可以有效解決鋰沉積和充電循環(huán)中的能量損耗問(wèn)題。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員曹菲菲教授表示：“鋰金屬電池的能量密度高，有望成為電動(dòng)汽車(chē)的電化學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備。然而，鋰枝晶生長(zhǎng)和鋰負(fù)極體積變化大的問(wèn)題，使其實(shí)際應(yīng)用受到影響。探討合適的方法來(lái)解決鋰負(fù)極存在的問(wèn)題，具有重要意義，可以提高電池的實(shí)用性。”

為了解決這些問(wèn)題，研究人員創(chuàng)建了3D支架，并向其中注入熔融鋰。確保技術(shù)安全性的關(guān)鍵在于，使用由雙氧化鎂鋁納米片構(gòu)成的層體。據(jù)介紹，這種材料是親鋰材料，可以吸引鋰生成合金介質(zhì)。熔融鋰被吸引到納米片上，通過(guò)表面張力的作用，被帶到3D支架上。研究人員表示，這種表面張力具有重要意義，可以促進(jìn)熔融鋰瞬間滲透到3D主體中，形成穩(wěn)定的3D合鋰負(fù)極。

研究人員對(duì)使用這項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的電池進(jìn)行了嚴(yán)格的測(cè)試。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這些電池形成了管狀枝晶，但厚度波動(dòng)僅為3%。相比之下，采用以往的技術(shù)，大尺寸電極的增長(zhǎng)率為22%。

研究人員還測(cè)試了電池的庫(kù)化效率或電流效率，以衡量容量和能量損耗。經(jīng)過(guò)100次充電循環(huán)，可保持98.6%的效率。相比之下，普通的鋰金屬電池經(jīng)過(guò)23次充電循環(huán)，就會(huì)出現(xiàn)明顯的能量損耗。

展望未來(lái)，研究人員計(jì)劃繼續(xù)改進(jìn)鋰金屬電池，以促進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。曹教授表示：“下一步，我們將用輕質(zhì)基材來(lái)代替厚重的基材，以生成高質(zhì)量比活性鋰，提高電池的能量密度。研究人員希望制備一種安全性高的復(fù)合鋰負(fù)極，使電池的能量重量密度達(dá)到500Whkg^-1以上，從而提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。”

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