麻省理工学院新技术解决枝晶问题 为研发高密度电池单元指明方向

麻省理工学院新技术解决枝晶问题为研发高密度电池单元指明方向枝晶是薄薄的、像触角一样的金属丝，当锂电池循环次数足够多或者工况不佳时，它们会在电极上发展，蜿蜒进入电解液，导致短路、变热甚至起火等问题。我们已经看到了各种抑制枝晶生长的创造性方法，但是这项新研究的作者认为他们已经为这个问题带来了新的、亟需的解决方案。科学家们正在试验一种固态电池，一种以固态电解质材料而不是传统的液体电解质为特征的结构，就像在一个典型的电池中，当设备被充电和放电时，锂离子在两个电极之间穿梭，在这种情况下，锂离子会通过固体电解质。研究人员发现，尽管固体电解质是由一种相对坚硬的材料制成的，但当离子在两侧的电极之间移动时，非常柔软的锂能够穿透它。这是电极在接受和沉积锂时体积变化的结果，这反过来会导致有问题的机械应力。麻省理工学院教授Yet-MingChiang说："为了沉积这种金属，必须有一个体积的扩张，因为正在增加新的质量。因此，在锂被沉积的电池一侧，体积会增加。如果有哪怕是微小的缺陷存在，这将对这些缺陷产生压力，从而导致开裂。"研究人员说，这些裂缝是枝晶形成的条件，他们能够在一种设计为透明的实验性电解质材料中重现这一过程。枝晶的形成通常是在电池单元的不透明材料中进行的，这也是关于什么原因导致枝晶以及如何阻止枝晶形成的矛盾观点之一。通过能够直接观察这一现象，科学家们能够想出新的方法来防止枝晶造成损害。在后续的实验中，研究小组表明有可能施加机械压力，以引导枝晶的生长，使它们完全按照压力的方向"之"字形生长。虽然不能完全阻止它们的形成，但这意味着它们有可能被转入电极中长期生长，而不是迅速地伸到电解质当中造成电池本体的破坏。该团队通过使用机械压力弯曲材料来证明这一点，并设想在现实生活中的电池中实现这一目标的一些方法。该设备可以加入具有不同热膨胀特性的材料，以诱发弯曲，进而产生机械压力，或者可以在材料中掺入导致扭曲的原子。重要的是，控制枝晶生长所需的压力大约为150至200兆帕，该团队表示这并不难实现。如果他们能做到这一点并设计出一种电池，通过让枝晶无害地穿过电极生长来克服这一问题，这项工作可能会释放出非常有前途的下一代架构，如固态锂金属电池。用纯锂金属代替石墨和铜作为阳极之一，这些电池可以提供数倍于当今电池的能量密度，同时也更轻更安全，因为它们不使用易燃的液体电解质。从这里开始，该团队的目标是展示一种具有这种形式的所需机械应力的功能性电池，以指导枝晶的形成方向。该研究发表在《焦耳》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333489.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333489.htm

麻省理工学院的新发现可以让枝晶无害化 带来更安全、更轻的锂电池

麻省理工学院的新发现可以让枝晶无害化带来更安全、更轻的锂电池这一潜在的电池技术飞跃的关键是用更薄、更轻的固体陶瓷材料层取代位于正负电极之间的液体电解质，并用固体金属锂取代其中一个电极。这将大大减少电池的整体尺寸和重量，并消除与液体电解质相关的安全风险，因为液体电解质是易燃的。但是这一探索一直被一个大问题所困扰：枝晶。枝晶的名称来自拉丁文的树枝，它是金属的突起，可以在锂的表面堆积，并渗透到固体电解质中，最终从一个电极穿越到另一个电极，使电池单元短路。研究人员一直未能就产生这些金属丝的原因达成一致，在如何防止这些金属丝，从而使轻质固态电池成为一种实用的选择方面也没有什么进展。最近，麻省理工学院教授Yet-MingChiang、研究生ColeFincher以及麻省理工学院和布朗大学的其他五人在《焦耳》杂志上发表了一篇新的研究，似乎解决了什么导致枝晶形成的问题。它还显示了如何防止树枝状突起穿过电解质。Chiang说，在该小组的早期工作中，他们有一个"令人惊讶和意外"的发现，即固态电池所使用的坚硬的固体电解质材料在电池充电和放电的过程中，由于锂离子在双方之间移动，可以被锂穿透，而锂是一种非常柔软的金属。离子的这种来回穿梭导致电极的体积变化。这不可避免地导致固体电解质的应力，它必须与夹在中间的两个电极保持完全接触。"为了沉积这种金属，体积必须扩大，因为你在增加新的质量，因此，在锂被沉积的电池一侧体积会增加。如果有哪怕是微小的缺陷存在，这将对这些缺陷产生压力，从而导致开裂。"该团队现在已经表明，这些压力会导致裂缝，使枝晶形成。这个问题一贯以来的解决方案是以正确的方向和适量的力施加更多的压力。虽然以前一些研究人员认为枝晶是由一个纯粹的电化学过程形成的，而不是一个机械过程，但该团队的实验证明，是机械应力导致了这个问题。枝晶的形成过程通常发生在电池单元不透明材料的深处，无法直接观察到，因此芬奇开发了一种使用透明电解质制造薄电池的方法，使整个过程可以直接看到和记录。这样一来在解决问题的过程中可以看到对系统施加压力时发生了什么，可以看到枝晶的行为是否与腐蚀过程或断裂过程相称。研究小组证明，他们可以直接操纵枝晶的生长，只需施加和释放压力，使枝晶与力的方向完全一致。对固体电解质施加机械压力并不能消除枝晶的形成，但它确实控制了它们的生长方向。这意味着它们可以被引导到与两个电极保持平行，并防止它们跨越到另一侧，从而变得无害。在他们的测试中，研究人员使用了通过弯曲材料而产生的压力，这些材料被制成了一端有重量的梁。但他们说，在实践中，可能有许多不同的方式来产生所需的压力。例如，电解质可以用两层具有不同热膨胀量的材料制成，这样就有了材料固有的弯曲，就像在一些恒温器中做的那样。另一种方法是在材料中"掺入"原子，这些原子会嵌入材料中，使其变形，并使其处于永久受压状态。Chiang解释说，这与生产智能手机和平板电脑屏幕中使用的超硬玻璃的方法相同。而且所需的压力量并不极端：实验表明，150至200兆帕的压力足以阻止枝晶质穿过电解质。所需的压力"与商业薄膜生长过程和许多其他制造过程中通常引起的压力相称"，因此在实践中应该不难实现。事实上，一种不同的压力，称为堆积压力经常被应用于电池单元，通过在垂直于电池板的方向上挤压材料--有点像通过在上面放一个重物来压缩一个三明治。人们认为这可能有助于防止电池层的分离。但现在的实验表明，该方向的压力实际上加剧了枝晶的形成，实际上加速了枝晶引起的电池劣化。相反，需要的是沿板材平面的压力，就像夹层从侧面被挤压一样。当施加一个压缩力时，可以迫使枝晶沿着压缩的方向移动，如果这个方向是沿着板的平面，枝晶将永远不会到达另一边。这可能最终使使用固体电解质和金属锂电极生产电池成为现实。这些电池不仅可以在给定的体积和重量中储存更多的能量，而且还可以消除对液体电解质的需求，因为液体电解质是易燃材料。在证明了相关的基本原理之后，该团队的下一步将是尝试将这些原理应用于创建一个功能性的原型电池，然后弄清楚需要什么样的制造工艺才能大量生产这种电池。尽管他们已经申请了专利，但研究人员并不打算自己将该系统商业化，他说，因为已经有公司在开发固态电池。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338655.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338655.htm

澳大团队成功研发长寿命电致变色电池

澳大团队成功研发长寿命电致变色电池#澳门大学澳门大学应用物理及材料工程研究院副教授吴嘉伟和王双鹏的研究团队首次提出一种新的电池技术，以水系电解质解决了现有基于水系电解液的传统电致变色器件存在的寿命短的问题。新技术能使低成本、高安全性的水系电致变色电池商业化成为可能，并且深入探究其高性能来源的内在机理，有望为其它高性能电化学的器件的设计提供潜在的设计指导。该研究成果已获国际知名学术期刊《美国化学会—纳米》(ACSNano）刊登...https://www.gcs.gov.mo/detail/zh-hant/N22JT2vOk0

烧光10亿，比尔盖茨投的电池公司Ambri破产了

烧光10亿，比尔盖茨投的电池公司Ambri破产了访问：NordVPN立减75%+外加3个月时长另有NordPass密码管理器明星电池公司破产近日，被称为“液态金属电池鼻祖的”Ambri宣布申请破产。首席商务官AdamBriggs对此表示，公司进行了大量尝试，但最终感觉只有申请破产这一条路能走。公司运营不下去了。尽管Ambri的想法很新颖，替代锂电池的愿景很宏大，吸引了超10亿元融资，其中比尔盖茨就投了三轮。但成立的14年里，Ambri一直在烧钱，没有实现自我造血，技术没落地，产品没有规模化量产。投资者失去了耐心，Ambri拿不到新的融资，公司资金出现危机，最终破产并将被拍卖，拍卖价格为3800万美元。知名电池专家创办，备受比尔盖茨青睐，Ambri是如何倒下的？Ambri从创立到破产Amrbi创办于2010年，创办者唐纳德·萨杜威(DonaldSadoway)本硕博均毕业于加拿大多伦多大学，是电化学专家，麻省理工学院荣誉教授。早年曾研究出新材料，提升锂离子的能量密度。△唐纳德·萨杜威（左）与其所带博士生DavidBradwell（右）后来其将研究重心聚焦到电网级储能电池，他认为，如果人类想摆脱对化石燃料的依赖，必须利用储能技术。但他判断，由于成本和能量密度的原因，锂离子不可能成为电网级储能的选择，因此他在2009年发明了一种全新的电池：液态金属电池。与传统电池不同，这种电池由三种独立的液体组成：阳极采用镁(后转为钙)，阴极采用熔融锑，电解质采用熔盐电解质。由于密度差异，三者堆叠分层。对外放电时，镁离子下沉，与锑形成合金。整个放电过程，电极材料充分利用。这样解决了枝晶问题，电池寿命更长，萨杜威和其团队介绍称，能运行20年性能不下降。制造成本还比锂电池低。基于这项技术，萨杜威和学生DavidBradwell联合创立了Ambri。很快获得了数百万美元融资，投资者包括美国石油巨头道达尔，美国能源部，还有比尔·盖茨。比尔·盖茨是通过“网课”与萨杜威结识的。萨杜威的一门线上课程曾在社交平台爆火，吸引到了比尔·盖茨。他很欣赏这位教授，称赞其是“世界上最好的化学家”，还到MIT拜访过萨杜威。在拜访时比尔·盖茨表示，如果有一家液态金属电池初创公司，自己愿意投资。除了创立初期，2014年和2021年，Ambri先后完成3500万美元(当时折合人民币约为2.13亿元)和1.44亿美元融资(当时折合人民币约为9.3亿元)比尔·盖茨都有参投。2023年，Ambri启动F轮融资，计划融资3亿美元，然而主要投资者最后选择退出，Ambri融资失败，资金链断裂。Ambri企图挽救公司，作最后挣扎：去年11月裁员降本，砍掉了三分之二的员工。但最终还是没有逃离破产的命运。其首席商务官Briggs在破产后，对公司烧钱做了解释，称虽然电池产品本身的成本比锂电池低，但是建造工厂的成本高。并表示，产品很接近实现商业化了，因为公司保留了核心团队，还在按预期速度开发产品。而外部市场仍然广阔，非锂离子电池存在巨大机会。总结Ambri这一路，拿出了一条宣称更好的技术路线，用时14年也始终没能走通，产品没有落地，没有实现商业化。最终资金链断裂，走向破产被拍卖。如果没有出价更高的买家，Ambri将被债主组成的财团收购。债主财团承诺，如果接盘，会继续融资，支持公司发展。然而一边是锂电池成本逐年下探，一边是行业意识到锂电池的寿命问题，设法延长寿命，建立回收梯度机制。要从成本和寿命上，建立对锂电池的优势，更难了。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431565.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431565.htm

日本科学家开发出新型完全固态可充电空气电池

日本科学家开发出新型完全固态可充电空气电池此外，在可充电空气电池中使用氧化还原活性有机分子克服了与金属有关的问题，包括形成被称为"树枝状"的结构，这种结构会影响电池性能，并对环境造成负面影响。研究人员利用基于二羟基苯醌的有机负极和Nafion聚合物电解质开发出一种全固态可充电空气电池。图片来源：早稻田大学KenjiMiyatake然而，这些电池使用的液态电解质与金属基电池一样，会带来高电阻、浸出效应和易燃性等重大安全隐患。现在，在最近发表于《AngewandteChemieInternationalEdition》的一项新研究中，一组日本研究人员开发出了一种全固态可充电空气电池（SSAB），并对其容量和耐用性进行了研究。这项研究由早稻田大学和山梨大学的宫武健治（KenjiMiyatake）教授领导，早稻田大学的小柳津研一（KenichiOyaizu）教授为共同作者。研究人员选择了一种名为2,5-二羟基-1,4-苯醌（DHBQ）的化学物质及其聚合物聚（2,5-二羟基-1,4-苯醌-3,6-亚甲基）（PDBM）作为负极的活性材料，因为它们在酸性条件下可进行稳定和可逆的氧化还原反应。此外，他们还利用一种名为Nafion的质子传导聚合物作为固态电解质，从而取代了传统的液态电解质。"据我所知，目前还没有开发出基于有机电极和固体聚合物电解质的空气电池，"Miyatake说。在SSAB就位后，研究人员对其充放电性能、速率特性和循环性进行了实验评估。他们发现，与使用金属负极和有机液态电解质的典型空气电池不同，SSAB在有水和氧气存在的情况下不会变质。此外，用聚合物PDBM取代氧化还原活性分子DHBQ可以形成更好的负极。在1mAcm-2的恒定电流密度下，SSAB-DHBQ的每克放电容量为29.7mAh，而SSAB-PDBM的相应值为176.1mAh。这种电池采用基于二羟基苯醌的聚合物负极和基于Nafion的固体电解质，具有很高的库仑效率和放电容量。研究人员还发现，SSAB-PDBM的库仑效率在4C时为84%，在101C时逐渐下降到66%。虽然SSAB-PDBM的放电容量在30个循环后降低到44%，但通过增加负极中质子传导聚合物的含量，研究人员可以将其显著提高到78%。电子显微镜图像证实，添加Nafion提高了基于PDBM的电极的性能和耐用性。这项研究展示了由氧化还原活性有机分子作为负极、质子传导聚合物作为固态电解质以及氧还原扩散型正极组成的SSAB的成功运行。研究人员希望，这将为进一步的进步铺平道路。这项技术可以延长智能手机等小型电子设备的电池寿命，最终为实现无碳社会做出贡献。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375365.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375365.htm

新的铝硫电池技术可在一分钟内完成充电

新的铝硫电池技术可在一分钟内完成充电根据发表在《自然》杂志上的，麻省理工学院的研究人员描述了新的铝硫电池，该电池完全由丰富和廉价的材料制成，并且可以在不到一分钟的时间内充电。今天，麻省理工学院教授DonaldSadoway与麻省理工学院以及中国、加拿大、肯塔基州和田纳西州的其他15人在《自然》杂志上描述了这种新的电池结构，它使用铝和硫作为其两个电极材料，中间是熔盐电解质。这种新型电池的注意事项是，它需要各种熔融盐，需要"接近水的沸点"。在他们的实验中，该团队显示，电池单元可以在非常高的充电率下承受数百次循环，预计每节电池的成本约为同类锂离子电池的六分之一。他们表明，充电速度高度依赖于工作温度，110摄氏度（230华氏度）的充电速度比25摄氏度（77华氏度）快25倍。令人惊讶的是，该团队选择的熔盐作为电解质，仅仅是因为它的低熔点，结果发现它有一个偶然的优势。——