較耐用的鋰電池

時(shí)間：2020-06-12作者：江西聚鑫源廢舊物資回收有限公司瀏覽：141

較耐用的鋰電池

 

廢舊鋰電池回收隨著我們?cè)絹?lái)越依賴于各種便攜式設(shè)備以及電動(dòng)車輛，改善能量存儲(chǔ)和延長(zhǎng)電池壽命，同時(shí)確保安全運(yùn)行變得越來(lái)越重要。由材料科學(xué)與工程助理教授YuanYang**的哥倫比亞工程團(tuán)隊(duì)今天宣布，他們開(kāi)發(fā)了一種新方法，通過(guò)在鋰金屬電池中插入氮化硼納米涂層來(lái)穩(wěn)定固體電解質(zhì)，從而安全地延長(zhǎng)電池壽命電池。他們的研究結(jié)果在Joule發(fā)表的一項(xiàng)新研究中得到了概述。
 
雖然常規(guī)鋰離子電池目前在日常生活中被廣泛使用，但是它們的能量密度較低，導(dǎo)致電池壽命較短，并且由于它們內(nèi)部的高度易燃的液體電解質(zhì)，它們會(huì)短路甚至著火。用鋰金屬代替鋰離子電池中使用的石墨陽(yáng)極可以提高能量密度:鋰金屬的理論電荷容量幾乎是石墨的10倍。但是在鋰鍍覆過(guò)程中，往往會(huì)形成枝晶，如果枝晶穿透電池中間的隔膜，會(huì)造成短路，從而引發(fā)對(duì)電池安全的擔(dān)憂。
 
“我們決定專注于固體陶瓷電解質(zhì)。與鋰離子電池中的常規(guī)可燃電解質(zhì)相比，它們?cè)谔岣甙踩院湍芰棵芏确矫骘@示出巨大潛力，”Yang說(shuō)。“我們對(duì)可充電固態(tài)鋰電池特別感興趣，因?yàn)樗鼈兪窍乱淮鷥?chǔ)能的理想選擇。”
 
大多數(shù)固體電解質(zhì)是陶瓷，因此不易燃，消除了安全問(wèn)題。此外，固體陶瓷電解質(zhì)具有高機(jī)械強(qiáng)度，實(shí)際上可以抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，使鋰金屬成為電池陽(yáng)極的涂層選擇。然而，大多數(shù)固體電解質(zhì)對(duì)Li不穩(wěn)定，它們?nèi)菀妆讳嚱饘俑g并且不能用于電池中。
 
“鋰金屬對(duì)于提高能量密度是不可或缺的，因此我們能夠?qū)⑵溆米鞴腆w電解質(zhì)的陽(yáng)極至關(guān)重要，”該論文的主要作者，應(yīng)用物理與應(yīng)用數(shù)學(xué)系的博士后研究科學(xué)家QianCheng說(shuō)?！盀榱耸惯@些不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用，我們需要開(kāi)發(fā)一種化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定的界面，以保護(hù)這些固體電解質(zhì)免受鋰陽(yáng)極的影響。界面不僅必須是高度電子絕緣的，還必須是離子導(dǎo)電的。為了輸送鋰離子，另外，這個(gè)界面必須**薄，以避免降低電池的能量密度。”
 
為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)與布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和紐約城市大學(xué)的同事一起工作。他們沉積5~10nm氮化硼（BN）納米薄膜作為保護(hù)層，以隔離鋰金屬與離子導(dǎo)體（固體電解質(zhì)）之間的電接觸，以及微量的聚合物或液體電解質(zhì)滲透電極/電解質(zhì)界面。他們選擇BN作為保護(hù)層，因?yàn)樗c鋰金屬在化學(xué)和機(jī)械上是穩(wěn)定的，提供高度的電子絕緣。他們?cè)O(shè)計(jì)的BN層具有固有缺陷，鋰離子可以通過(guò)該缺陷，使其成為一個(gè)優(yōu)秀的分離器。此外，BN可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積容易地制備，以形成大規(guī)模（~dm水平），原子級(jí)薄（~nm水平）和連續(xù)薄膜。
 
“雖然早期的研究使用厚度為200微米的聚合物保護(hù)層，但我們的厚度僅為5~10納米的BN保護(hù)膜在這種保護(hù)層的極限下仍然很薄，因此不會(huì)降低電池的能量密度，”Cheng說(shuō)?！八欠乐逛嚱饘偾秩牍腆w電解質(zhì)的屏障的**材料。就像防彈背心一樣，我們?yōu)椴环€(wěn)定的固體電解質(zhì)開(kāi)發(fā)了一種防鋰金屬'背心'，并憑借這一創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了**命的鋰金屬電池?！?/div>

 

研究人員現(xiàn)在將他們的方法擴(kuò)展到各種不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)，并進(jìn)一步優(yōu)化界面。他們希望制造具有高性能和長(zhǎng)周期壽命的固態(tài)電池。


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