研究人员找到抑制锂电池枝晶生长的方法 提高其效率、安全性与寿命

研究人员找到抑制锂电池枝晶生长的方法提高其效率、安全性与寿命枝晶是锂离子电池在快速充电过程中可能出现的一种现象。当锂离子积聚在电池负极表面而不是夹杂在负极中时，就会形成一层金属锂，并持续增长成树枝形状，最终刺破隔膜，这会损坏电池，缩短其使用寿命，并导致短路，从而引发火灾和爆炸。XuekunLu博士解释说，通过优化石墨负极的微观结构，可以显著减少锂镀层。石墨负极由随机分布的微小颗粒组成，微调颗粒和电极形态以获得均匀的反应活性并降低局部锂饱和度是抑制锂电镀和提高电池性能的关键。石墨负极充电过程中的锂浓度分布用颜色表示。图片来源：XuekunLuetal/NatureCommunications"我们的研究发现，在不同条件下，石墨颗粒的锂化机制各不相同，这取决于它们的表面形态、大小、形状和取向。这在很大程度上影响了锂的分布和枝晶的倾向，"Lu博士说。"在开创性的三维电池模型的帮助下，我们可以捕捉到锂镀层何时何地开始形成，以及锂镀层的生长速度。这是一项重大突破，可能会对未来的电动汽车产生重大影响。"这项研究加深了人们对快速充电过程中锂在石墨颗粒内重新分布的物理过程的理解，为开发先进的快速充电协议提供了新的见解。这些知识可帮助实现高效的充电过程，同时最大限度地降低锂镀层的风险。除了加快充电时间外，研究还发现，改进石墨电极的微观结构可以提高电池的能量密度。这意味着电动汽车一次充电可以行驶更远的距离。这些发现是电动汽车电池开发领域的重大突破。它们可以使电动汽车充电更快、寿命更长、更安全，从而成为对消费者更具吸引力的选择。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379241.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379241.htm

哈佛大学科学家开发出一种新型锂电池，充电只需3分钟，寿命长达20年

哈佛大学科学家开发出一种新型锂电池，充电只需3分钟，寿命长达20年一种"改变游戏规则"的电动汽车（EVs）新电池，可在三分钟内完成充电，寿命长达20年，可能很快就会出现在新车上。位于马萨诸塞州沃尔瑟姆的初创公司AddenEnergy已经获得了许可证和515万美元的资金，以便大规模地建造适合电动汽车的电池设计。该电池由哈佛大学的科学家开发，是金属锂，而不是市场上已经出现的电动汽车中的锂离子。其复杂的设计，受到BLT三明治的启发，可以防止麻烦的"树枝状物"的生长，这些树枝状物在锂金属电池中生长并缩短其寿命。目前，电动车包含的锂离子电池会随着时间的推移而退化，最多维持7或8年，这取决于它们的使用程度--很像智能手机的电池。——

康奈尔大学工程师开发出可在五分钟内完成充电的新型锂电池

康奈尔大学工程师开发出可在五分钟内完成充电的新型锂电池负责监督该项目的康奈尔大学工程学院院长、工程学教授林登-阿彻（LyndenArcher）说："与其他障碍（如电池的成本和性能）相比，续航里程焦虑症是交通电气化的更大障碍。如果能在五分钟内为电动汽车电池充电，那就不再需要300英里续航里程的电池了，大可以选择更小的电池，这可以降低电动汽车的成本，使其得到更广泛的采用"。该团队的论文最近发表在《焦耳》杂志上。论文的第一作者是化学与生物分子工程专业的博士生金硕。锂离子电池是电动汽车和智能手机最常用的动力装置之一。这种电池重量轻、性能可靠，而且相对节能。然而，它们充电需要数小时，而且缺乏处理大电流浪涌的能力。研究人员发现，铟是一种特别有前途的快速充电电池材料。铟是一种软金属，主要用于制造触摸屏显示器和太阳能电池板的氧化铟锡涂层。新研究表明，铟作为电池阳极有两个关键特性：迁移能垒极低，这决定了离子在固态中的扩散速度、交换电流密度适中，这与离子在阳极中的还原速度有关。快速扩散和缓慢的表面反应动力学这两种特性的结合对于快速充电和长时间储存至关重要。"关键的创新之处在于我们发现了一种设计原理，可以让电池阳极上的金属离子自由移动，找到合适的配置，然后才参与电荷存储反应，"阿彻说。"最终结果是，在每个充电周期中，电极都处于稳定的形态状态。这正是我们的新型快速充电电池能够在数千次循环中反复充放电的原因所在。"这项技术与道路上的无线感应充电技术相结合，将缩小电池的体积和成本，使电动交通工具成为驾驶者更可行的选择。然而，这并不意味着铟阳极是完美的，甚至是实用的。阿彻说："虽然这一成果令人兴奋，因为它告诉我们如何获得快速充电电池，但铟是很重的。这就为计算化学建模提供了一个机会，也许可以利用生成式人工智能工具，了解还有哪些轻质材料的化学成分可以达到同样低的达姆克勒数。例如，是否有我们从未研究过的金属合金具有所需的特性？这就是我感到满意的地方，因为有一个普遍原理在起作用，让任何人都能设计出更好的电池阳极，实现比最先进技术更快的充电速率。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416327.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416327.htm

研究人员利用超级电容器部件制造新型钠离子电池

研究人员利用超级电容器部件制造新型钠离子电池钠离子电池并不新鲜，但近几年才开始受到重视。与锂电池相比，钠离子电池可以使用的材料更为丰富（多达1000种），而且价格低廉。它们也比锂离子电池安全得多，可以放电到0V-消除了因短路而导致热失控的可能性。然而，漫长的充电时间和不尽如人意的存储容量使钠离子电池一直处于边缘地位，但这一切很快就会改变。KAIST团队用超级电容器使用的材料取代了普通电池的阴极材料，从而制造出了一种高能量、高功率、可快速充电的混合钠电池。此外，还对阳极进行了调整以提高容量，并采用了一种合成优化电极材料的方法。根据Kang的说法，他们的解决方案的能量密度超过了市面上的锂离子电池，同时还具有电容器的输出密度特性。作为下一代存储设备，它可以在几秒到几分钟内完成充电，因此非常适合用于各种电子产品。对于制造电动汽车的汽车制造商来说，它也可能改变游戏规则，使他们能够降低成本，同时提供只需几分钟就能完全充电的汽车。幸运的话，这项技术最终会从实验室走向现实世界。研究小组的研究成果发表在《科学直通车》（ScienceDirect）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428525.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428525.htm

新研究解决枝晶难题 克服锂电池的局限性

新研究解决枝晶难题克服锂电池的局限性锂金属电池（LMB）的能量密度比目前的锂离子电池（LIB）高近10倍，因此被认为是未来潜在的存储系统之一。然而，锂金属电池存在一定的安全隐患，不能用于快速充电应用。不受控制的枝晶形成会导致过度加热和电池短路，这是其发展过程中面临的关键挑战之一。研究人员以前曾试图解决LMB的安全问题，但采用的方法既费力又费钱/费时。海德拉巴塔塔基础研究所（TIFRH）的T.N.Narayanan实验室报告了一种简单、可扩展、成本效益高的方法，用于组装更安全、更耐用的锂金属电池。PreetiYadav（作者）手持由改进型隔膜式锂金属电池供电的发光红色LED（3V）图片来源：PallaviThakur博士和T.N.Narayanan教授多孔隔膜位于电池电极之间，将它们隔开，对防止短路至关重要。电池使用一段时间后，其中一个电极上开始形成树状结构或称为树枝状突起的须状突起。如果这些树突不受控制地生长，就会在某种意义上成为两个电极之间的物理桥梁，造成短路。该研究的主要作者、研究生PreetiYadav和PallaviThakur使用一种常见的石墨衍生物粉末对典型电池中使用的隔膜进行了改性。这种改性抑制了枝晶的形成，在很大程度上提高了电池的寿命。研究人员认为，这种隔膜改性方法具有巨大的潜力，可以推广到工业应用中。然而，在10mAcm-2的极高电流密度下，电池似乎在缓慢退化。这可能是因为锂电镀到了碳（沉积石墨衍生物层的一种成分）上。研究人员希望进一步研究这些难题，从根本上了解界面在提高电池性能方面的作用。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425542.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425542.htm

科学家展示锂金属电池设计：在空心多孔碳结构中储存离子以实现快速充电

科学家展示锂金属电池设计：在空心多孔碳结构中储存离子以实现快速充电据NewAtlas报道，韩国国家科技研究委员会的科学家们展示了一种很有前景的新电池结构，这种结构可以大大改善容量和充电时间。这一突破源于高密度锂金属电池的新设计，该设计仔细控制有问题的离子生长，使其能够在数百次循环中保持功能。目前使用的锂电池有一个由石墨制成的阳极组件，但如果科学家们能够使用纯金属锂来代替，这将标志着能源储存技术的巨大飞跃。这是因为锂金属的理论容量约为石墨的10倍，约为3860mAh/g，而石墨为372mAh/g，这将使电动汽车在每次充电后行驶得更远，或者使智能手机能够运行一周时间。但是，这些电池通过不同的化学反应产生能量，而这些反应带来了另一组需要解决的问题。随着锂金属电池的循环，锂离子在阳极表面不均匀地生长，形成被称为枝晶的结构。这些突起会导致阳极膨胀，电池短路或起火。大量的研究都集中在解决这个问题上。这项新研究的作者用一种具有空心的多孔碳结构来解决这个问题，作为阳极。这些被称为Li-confinablecore–shellhosts的结构被认为是这一领域令人振奋的前景，它们能够在循环过程中通过将锂存放在空心中来防止枝晶生长和体积膨胀。然而，它们确实在另一个方面存在着不良的电化学性能，在操作过程中仍然在结构的表面形成不良的锂生长，这就是所谓的顶部电镀。该团队已经为这些结构开发了一种新的设计，在中空核心中加入了少量的金纳米粒子。这些颗粒对锂离子有亲和力，因此能够控制它们的生长方向，将它们诱入核心，同时还在外壳中形成纳米级的孔隙，进一步促进锂离子向空心中心迁移。这有助于防止枝晶生长和顶部电镀，由此产生的电池设计在该团队的模拟实验中显示出巨大的潜力。在高电流充电条件下，锂离子沉积被保持在结构内，并使其在高电流密度下的500次充电循环中保持82.5%的容量。研究小组认为，这种寿命和对高电流密度的耐受性指向了一种高容量的电池，它还可以快速充电。领导该研究小组的ByungGonKim博士说：“尽管有高容量的优点，锂金属电池在商业化方面还有许多障碍需要克服，主要是由于稳定性和安全性问题。我们的研究是非常有价值的，因为我们开发了一种大规模生产具有高库仑效率的锂金属储能器的技术，用于快速充电的锂金属电池。”该团队正在努力使该电池技术商业化，但首先需要开发一种兼容的电解质溶液，以便在使用过程中传输离子。该研究发表在《ACSNano》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1309939.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1309939.htm