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在我国专家学者明确提出抑止锂枝晶生长发育新方法,能否提升锂电池使用寿命和安全系数呢

在我国专家学者明确提出抑止锂枝晶生长发育新方法,能否提升锂电池使用寿命和安全系数呢

来源:
2022/01/20 08:55
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【摘要】:

  随着便携式电子设备和电动汽车的快速发展,人们在追求大容量和充放电速度的同时,更加关注锂电池的安全性。不断发生的锂电池爆炸事件让人们感到紧张。

  从科学的角度来看,锂电池的爆炸通常是由于电极表面不均匀的锂沉积导致枝晶生长,从而降低了电池的充放电效率,甚至导致电池内部短路,从而造成电池故障或潜在的安全隐患。科学家们正在努力寻找解决办法。最近,中国研究人员提出利用微球捕获锂以限制锂沉积和抑制枝晶生长。

  由于对枝晶生长的抑制,该电极在200多次充放电后仍能保持99%的电镀/剥离效率,不仅有助于延长锂电池的使用寿命,而且有效提高了安全性。

  该研究来自中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室研究员郭玉国的团队。这项研究发表在美国化学学会杂志《纳米快报》上。

  Guo的团队提出的具体方法是通过微球结构捕获锂,限制其沉积,抑制枝晶生长。所制备的微球是由碳纳米管和多孔硅保护层组成的复合材料。实验表明,这种结构的复合材料能够有效地控制锂的沉积行为。此外,绝缘涂层防止了集中的电子流动,减少了形成热点的可能性。

  据了解,郭绍军课题组参照自然界中能够快速交换空气的巢状结构的特点,设计了一种以特殊官能团修饰的二氧化硅为骨架的离子凝胶电解质。仿生离子凝胶电解质具有快速锂离子输运的能力,能在金属锂阳极表面自发形成颗粒富集层,从而有效抑制锂枝晶的生长。研究结果为基于仿生概念的高性能金属锂电池的设计提供了新的思路。

  在过去,电解液添加剂、稳定界面和修饰电极已经被用来解决锂电池的安全问题。研究表明,该骨架是调节锂枝晶堆积的最有效途径。自从电池首次出现以来,它已经变得好多了。目前,锂电池广泛应用于移动电子设备中。锂电池每单位能量比市场上任何其他电池都能储存更多的能量,而且更稳定。即使不使用,其本身放电也不多,重量轻,寿命长。集多种优点于一体,所以应用特别广泛,各行各业都可以看到。然而,传统潜艇不使用锂电池。锂电池的优势不是很明显吗?为什么不使用它们呢?

  原因有以下几个方面:一是成本。虽然锂电池可以储存更多的能量,但同等能量的锂电池的制造成本是目前组装的铅酸电池的4倍以上,以几十吨的潜艇装备的数量来看,这是一笔巨大的资金。还有就是使用寿命,锂电池虽然使用寿命长,但那是按照完全充电的原则,自然很难做军舰,根据任务部署,所以锂电池的使用寿命安装不如其他电池。最重要的是安全问题,因为锂电池容易爆炸。这是因为锂电池在充电和放电时会散发热量,而且容易在没有引导的情况下爆炸。潜艇是一个封闭的空间,如果用海水冷却,在战时很容易被敌军发现。结果,这些因素的综合使用导致了铅酸电池而不是锂电池。

  然而,用于潜艇的新型锂电池已经在研发中,而且可能很快也可以应用在潜艇上。

 

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