金属锂具有开发更大电池容量的潜力

导读:美国科学家展示了一种改善电池性能的新方法。该小组集成了在阳极表面形成的自组装层,防止树突的形成。虽然他们的原型电池寿命很短,但该团队相信,这种方法可以带来性能更好的电池,尤其适用于低温应用。

在满足对新的、先进的储能技术的需求的许多方法中,锂金属阳极是最有前途的一种。金属锂的存储容量是常用石墨的几倍,可以开发更大的电池容量。

锂离子储能技术中的几个新概念有可能极大地提高电池的能量容量。其中包括锂金属阳极,这有可能将能量密度提高50%以上。

然而,它是一种很难处理的材料。在大多数可用的液体电解质中,它倾向于形成枝晶——枝状结构,生长在阳极上,这威胁着性能和安全。许多人认为固态电解质是安全集成锂金属阳极的唯一解决方案。然而,研究人员仍在继续研究其他可能性。

美国宾夕法尼亚州立大学领导的一个小组发现,通过在阳极表面沉积一层额外的层,可以保护锂并防止树突的形成。所述活性层沉积在薄铜上,包括富氟化锂内相和非晶外层。

在《自然能源》杂志发表的一篇论文中描述了将这一层集成到电池中的工作,该论文通过化学活性单分子层调节界面实现了低温和高速率充电锂金属电池。宾夕法尼亚州立大学电池和储能技术中心机械工程教授王东海说:“关键是调整分子化学,使其在表面自组装。”充电时,单层将提供良好的固态电解质界面,保护锂阳极。

包含这一层的电池显示其容量为每平方厘米2毫安小时,在零下15摄氏度的环境下充电时间为45分钟。这一层还可以在低至零下60摄氏度的温度下稳定地沉积锂。

然而,电池只能维持200次的稳定循环——这比激发商业兴趣所需的寿命要短得多。然而,宾夕法尼亚州立大学的研究小组确信这一问题是可以克服的,他们的方法在未来的能源储能应用中很有价值。

机械工程教授王东海表示:“关键在于,这项技术能够在需要的时候形成一层膜,分解并自发转化,所以它会留在铜上,也会覆盖在锂的表面。最终,它可以用于无人机、汽车,或用于水下低温应用的一些非常小的电池。”

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