锂金属电池的电极容量可达到目前商用锂离子电

2019-08-14
本网记者
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摘要:锂金属电池的电极容量可达到目前商用锂离子电池的10倍以上,是未来最有希望的高能量密度电化学储能技术。然而,直接使用金属锂也存在严重的安全隐患、较差的倍率和循环性能差等

锂金属电池的电极容量可到达现在商用锂离子电池的10倍以上,是未来最有期望的高能量密度电化学储能技能。
但是,直接运用金属锂也存在严峻的安全隐患、较差的倍率和循环功能差等问题,严峻阻止了其商业化进程。
现在,学术界应对锂金属电极失效的首要战略是“围堵”的办法,即经过电解质优化和界面调控等办法来按捺/推迟锂枝晶的呈现,这在必定程度上维护了金属电极免遭失效,但仍难以彻底避免锂枝晶在长期循环过程中的呈现。
而在当时的电池体系中,锂枝晶一旦呈现,电池就面临着短路或爆破等严峻的危险。
那么,有没有办法可以确保在枝晶很多呈现之后锂金属电池仍能保持正常作业,且不呈现安全问题?针对这一难题,清华大学杨诚课题组提出了共同的使用电场诱导锂枝晶沿着平行于隔阂的方向“横着长”的新思路,然后完成当锂枝晶不可避免地很多成长的极点状况下,锂金属电池依然能长期安稳作业的作用,该技能有望加快锂金属电池的商业化使用。
相关效果2018年1月31日在线宣布在Nature Communications杂志(2018, 9, 464)。
当时,针对锂金属充放电过程中的异质堆积(枝晶成长)不安稳SEI膜的构成,以及循环时大的体积改变等扎手的问题,学术界的首要研讨战略首要有电解质优化(包含优化电解液配方、引进添加剂等)和界面调控(人构筑人工SEI膜,引进三维骨架)等。
这些战略经过按捺或推迟锂枝晶的呈现,在很大程度上维护了金属电极免遭失效。
但是,现在技能却难以彻底避免锂枝晶在长期循环过程中的呈现,尤其是当电池在大循环电流、过充或是低温等条件下运行时。
已然上述“围堵”的办法不容易彻底走通,那能否学习老祖宗的才智——例如大禹治水所选用的“引导”的办法——让锂枝晶沿着危害性较低的方向诱导成长?近来,清华大学深圳研讨生院杨诚教师提出了电场诱导锂枝晶定向成长的技能,开宣布共同的具有微孔阵列结构的铜集流体,让锂枝晶沿着平行于隔阂的方向“横着长”。
这样一来,即使一切按捺锂枝晶成长的办法失效了,失控成长出来的锂枝晶也难以对隔阂形成损伤。
经过操控堆积/剥离锂金属的容量,使得该结构像一个个独立的“蛇笼”相同,将一切这些细长的“蛇”(枝晶)包容并约束在“笼子”里边,而“蛇”从“笼子”里逃出来的概率则十分小。
即使呈现了“蛇”从“笼子”里钻出来的极点状况,经过核算模仿发现,枝晶对隔阂所发生的应力也相应下降到比照样例(平面铜集流体)中的40%,正如司马迁在《史记·韩长孺列传》中所说的“强弩之极,矢不能穿鲁缟也”。
该技能涉及到的集流体加工办法(热压覆膜、激光钻孔和碱液蚀刻),具有尺度均匀、孔洞巨细可调、良率高级特色,可完成光刻级的工业生产一致性,有利于大规模商业使用。

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