德国科学家研发多孔碳隔膜 可有效防止锂金属电池短路失效
时间:2021-06-18 22:25来源:财联社 作者:综合报道
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通过用石墨代替高密度纯金属锂，科学家们或许能够显著提高电池技术的性能，但仍有一些障碍需要克服。德国耶拿大学（Friedrich Schiller University）科学家们的碳膜研究成果，展示了如何防止电池失效并且在数百次循环中安全地充电。
众所周知，阻碍锂金属电池发展的主要问题是被称为枝晶的针状结构的形成。锂金属电池的储能能力是当今磷酸铁锂电池的10倍。充电过程中，当锂离子在电池的两个电极之间移动时，锂原子聚集在负极上，也就是所谓的阳极。
时间一长，电池内就会形成枝晶，刺穿电极之间的隔膜，导致电池短路和故障。因此，如果科学家们能找到一种方法来防止枝晶的形成，它就可能使锂金属电池能够走得更远。
事实上，我们已经看到了各种创造性的潜在解决方案来解决这个问题。这些技术包括超薄锂、纳米管薄膜和自组装保护层的使用。德国这项新研究的参与者试图通过使用一种具有微调孔的新型碳膜来对抗枝晶，这种膜能以正确的方式影响离子传输。
耶拿大学的Andrey Turchanin教授解释说，“这就是为什么我们将一种极薄的、由碳制成的二维膜应用于隔膜，其孔的直径不到一纳米。这些微小的开口比临界核还要小，从而阻止了导致枝晶形成的结核出现。锂没有形成针刺状结构，而是以光滑的薄膜形式沉积在阳极上。”
该团队将这种电池与另一种没有保护膜的电池一起进行了测试，发现这种电池的寿命是另一种电池的两倍，而且在数百次充电循环中没有显示出枝晶生长的迹象。科学家们认为朝下一代锂电池迈出有希望的一步。他们已经申请了专利，现在将研究如何将这种薄膜整合到制造过程中。
华盛顿州立大学的研究生Sathish Rajendran也参与了这项研究，他说，“与电池的其他组件相比，隔膜受到的关注最少。隔膜上纳米厚度的二维膜能在多大程度上改变电池的寿命是很吸引人的。”
(责任编辑：子蕊)
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