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下一代锂金属电池遇阻?美国科学家找到解决方案:电化学脉冲-财新闻

下一代锂金属电池遇阻?美国科学家找到解决方案:电化学脉冲

众所周知,开发下一代储能技术有两个很有前景的途径,涉及使用高密度锂金属、固态电解质。而近期,有一项新研究将这两大方向结合在了一起,取得了令人兴奋的新突破。

据报道,美国科学家已经展示了如何在电化学脉冲的帮助下,解决与这些架构相关的稳定性问题,为每次充电运行时间更长的电动汽车和智能手机铺平道路。这项研究成果已发表在了美国化学学会能源类杂志ACS Energy Letters上。

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该领域的部分研究集中在阳极上,它作为设备的两个电极之一,有助于促进锂离子通过液体电解质的传输。如今的阳极是由石墨和铜混合制成的,但纯锂金属是一种诱人的替代品,因为它提供了固体材料中最高的能量密度。然而,到目前为止,将锂金属集成到电池中是很困难的,因为科学家们遇到了各种各样的安全问题,这些问题很快就导致了他们的失败。

有一种思路认为,用固体电解质代替液体电解质将会制造出更适合锂金属使用的电池。这种材料的交叉是橡树岭国家实验室(ORNL)科学家的新工作重点,他们相信他们已经找到了一种方法,将它们以稳定和持久的方式结合在一起,而且不会影响性能。

在固态电池中,将材料融合在一起通常是一项棘手的任务,因为持续的充放电循环会导致接头不稳定,并导致形成空洞,这就是所谓的接触阻抗。施加压力是解决这个问题的一种方法,但这种技术需要在电池运行时定期使用,也可能导致电池短路。

ORNL的科学家发现,当锂金属阳极与固体电解质结合时,他们可以通过施加一个短的、高压的电化学脉冲来消除这些空隙。这些脉冲就好像一股电流围绕在空洞周围,导致它们消散,从而在材料界面处产生更广泛的接触。

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由于这对电池没有不利影响,而且脉冲技术可以使电池恢复到几乎原始的容量,科学家们设想,有一天这项技术将提供一种可行的方法来管理固态锂金属电池的运行。他们表示,这种系统可以提供两倍于目前解决方案的能量密度,而且体积要小得多,这意味着电动汽车每次充电可以走得更远,或者智能手机可以运行更长时间。

该项目的联合负责人Ilias Belharouak说:“这种方法将实现全固态架构,而不会施加可能损坏电池的外力,在电池使用期间部署是不切实际。在我们开发的过程中,电池可以正常制造,如果电池疲劳了,就可以施加脉冲来恢复活力和刷新界面。”

科学家们现在正在继续开发这项技术,通过试验更先进的电解质材料,并研究如何将其扩大到工作规模的固态电池系统中。

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