研究人員確定改善鋰金屬電池性能的最佳壓力

一個由材料科學(xué)家和化學(xué)家組成的團隊已經(jīng)確定了鋰金屬電池或 LMB 在電池運行期間需要承受的適當(dāng)堆棧壓力，以產(chǎn)生最佳性能。

該團隊包括來自加州大學(xué)圣地亞哥分校、密歇根州立大學(xué)、愛達荷州國家實驗室和通用汽車研發(fā)中心的研究人員，他們在 10 月 18 日的《自然能源》雜志上展示了他們的發(fā)現(xiàn)。

用鋰金屬代替石墨做電池負(fù)極是部分電池研發(fā)領(lǐng)域的終極目標(biāo);這些鋰金屬電池 (LMB) 有可能將當(dāng)今最好的鋰離子技術(shù)的容量提高一倍。例如，在電池重量相同的情況下，鋰金屬電池驅(qū)動的電動汽車的續(xù)航里程是鋰離子電池驅(qū)動的汽車的兩倍。

盡管與鋰離子電池相比具有這一優(yōu)勢，但 LMB 不被認(rèn)為是為電動汽車或電子產(chǎn)品供電的可行選擇，因為它們的使用壽命短且存在安全隱患，特別是由鋰枝晶生長引起的短路。研究人員和技術(shù)人員已經(jīng)注意到，在電池循環(huán)期間使 LMB 承受壓力可提高性能和穩(wěn)定性，有助于解決這一壽命挑戰(zhàn)。但是這背后的原因還沒有被完全理解。

“我們不僅回答了這個科學(xué)問題，還確定了所需的最佳壓力，”加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程系教授、該論文的資深作者 Shirley Meng 說。“我們還提出了新的測試協(xié)議，以獲得最大的 LMB 性能。”

在Nature Energy研究中，研究人員使用多種表征和成像技術(shù)來研究 LMB 形態(tài)并量化電池在不同壓力下的性能。

他們發(fā)現(xiàn)更高的壓力水平迫使鋰顆粒沉積在整齊的柱子中，中間沒有任何多孔空間。實現(xiàn)這一結(jié)果所需的壓力為 350 公斤帕斯卡(大約 3.5 個大氣壓)。相比之下，承受較低壓力的電池是多孔的，鋰顆粒以無序的方式沉積，為枝晶生長留下空間。

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