新研究发现小锂金属强度大可抑制树突生长 让电池多存储50%能量
时间:2020-09-14 08:53来源:盖世汽车 作者:余秋云
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（图片来源：加州理工学院）
几乎很多人都遇到手机没电又无处可充电的窘境，而且虽然电动汽车越来越受欢迎，但也受到电池对续航的制约。的确，电池的能量密度，即在给定的质量或体积中，电池所能容纳的能量，一直是消费电子产品、电动汽车以及可再生能源所面临的主要挑战。
不过，据外媒报道，美国加州理工学院（Caltech）的新研究可以会带来一些改变。研究人员的一项新发现可能会实现更安全、更强大的电池，让电池可以安全地多存储50%的能量。
传统的锂离子电池都利用石墨制阳极，也就是电流进入电池的那一头电极。30多年来，石墨一直被选作阳极材料，因为重量轻、稳定且成本低廉，还能够忍受无数次的电池充放电循环。但是，加州理工学院的研究人员表示，其实有更好的材料来做电池阳极，只是需要克服一些技术上的挑战。
研究人员表示：“每一种需要电力的应用都可从锂阳极，而不是石墨阳极中受益，因为锂阳极可以提供更多的电力。锂的重量轻，不会占用很多空间，而且能量密度极大。”
不过，金属锂也存在一个问题：当电池经过多次充放电循环时，锂会自然地形成树突，此种晶体会形成一种树枝状的结构。在电池充电过程中，树突会不受控制地生长，当树突刺穿电池系统时，就会像短路的细小电线一样，让电池失效。
长久以来，研究人员一直在寻找新方法来防止树突生长。其中一个方法是利用物理方法，将某种物质挤压在锂金属上，以压制树突生长。虽然一般锂离子电池拥有液体电解质（分开两个电池电极，并通过其移动锂离子的物质），但从理论上讲，采用固体电解质的电池才可以施加足够的机械压力来抑制树突。
不过，在研究了固体电解质电池后，发现树突仍在生长。
研究人员怀疑是固体电解质的强度不足，不足以抵抗树突生长，因为研究人员低估了树突的强度，虽然树突的尺寸只有纳米大小。而之所以得出此种估计是因为锂是一种相对柔软的金属，可与铅和锡媲美。最后，研究人员发现尺寸更小的金属的强度可能是尺寸更大的金属的100倍。
2015年，研究人员雕刻了锂柱，并测试了其弹性，发现强度比人们认为的要高一个数量级。不过，该实验装置并没有完全反映出锂树突在真正电池中的表现。为了更准确地模拟此种情况，研究人员还设计了一种可以生长纯锂树突的电池，此种树突与电池中形成的树突非常相似。最终发现，此类树突的强度是大块锂树突的24倍。
有了上述信息，研究人员现在对如何让锂阳极电池工作有了更好的理解。通常情况下，用于固体电解质的材料，如聚合物和陶瓷，都有缺点。大多数聚合物都太软，无法承受树突生长，而陶瓷在树突的压力下容易破裂。
(责任编辑：子蕊)
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