華盛頓州立大學(xué)的一個(gè)研究小組已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種解決鋰金屬電池主要安全問(wèn)題的方法，這項(xiàng)創(chuàng)新可以使高能電池更適合下一代儲(chǔ)能。

研究人員為其電池使用了一種配方，該配方可在其鋰陽(yáng)極周?chē)纬瑟?dú)特的保護(hù)層，從而保護(hù)電池免于降解，并使其在典型條件下可以更長(zhǎng)的工作時(shí)間。在WSU機(jī)械與材料工程學(xué)院的助理教授Song Min-Kyu Song的帶領(lǐng)下，研究人員在《納米能源》雜志上報(bào)告了這項(xiàng)工作。

宋說(shuō)，鋰金屬被認(rèn)為是電池的“夢(mèng)想材料”。這是因?yàn)?，在已知的固體材料中，它具有最高的能量密度，這意味著電池的使用壽命可以比為大多數(shù)現(xiàn)代電子設(shè)備供電的無(wú)處不在的鋰離子電池長(zhǎng)兩倍。鋰離子電池通過(guò)使鋰離子在石墨陽(yáng)極和鋰鈷氧化物陰極之間通過(guò)而工作時(shí)，鋰金屬電池中的陽(yáng)極由高能鋰金屬制成。

宋說(shuō)：“如果我們可以直接使用鋰金屬，則可以大大提高電池的能量密度。”

盡管鋰金屬的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)眾所周知了數(shù)十年，但研究人員從未能夠使它們安全地工作。當(dāng)電子通過(guò)外部電路在陽(yáng)極和陰極之間移動(dòng)以為設(shè)備供電時(shí)，像圣誕樹(shù)的樹(shù)狀樹(shù)枝開(kāi)始在鋰金屬上形成。樹(shù)突生長(zhǎng)直至引起短路，起火或爆炸。即使不著火，鋰金屬電池也會(huì)很快失去充電能力。

華盛頓州立大學(xué)的研究小組開(kāi)發(fā)了一種電池，在其中將二硫化硒(一種用于頭皮屑洗發(fā)水的無(wú)毒化學(xué)品)包裝到其陰極的多孔碳結(jié)構(gòu)中。他們向液體電解質(zhì)中添加了兩種添加劑，這些添加劑通常在下一代鋰電池中得到了探索。

Song說(shuō)，這兩種添加劑協(xié)同工作，并在鋰金屬表面上形成了一層致密，導(dǎo)電且堅(jiān)固的保護(hù)層，足以抑制樹(shù)枝狀晶體的生長(zhǎng)，同時(shí)具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。在人們通常用于電子設(shè)備的典型電流密度下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，受保護(hù)的鋰金屬陽(yáng)極能夠再充電500次并保持高效率。

他說(shuō)：“這種獨(dú)特的保護(hù)層使鋰陽(yáng)極在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中幾乎沒(méi)有形態(tài)變化，并有效地減輕了鋰樹(shù)枝狀晶體的生長(zhǎng)和有害的副反應(yīng)。”

研究人員認(rèn)為，他們的技術(shù)可以擴(kuò)展且具有成本效益。

宋說(shuō)：“如果將其商業(yè)化，這種新穎的配方將具有真正的潛力。”“與相距數(shù)年的固態(tài)電池相比，您無(wú)需更改制造程序，這將更快地應(yīng)用于實(shí)際行業(yè)，這為開(kāi)發(fā)高能鋰金屬電池開(kāi)辟了一條有希望的途徑循環(huán)壽命長(zhǎng)。”

研究人員正在繼續(xù)研究電池，開(kāi)發(fā)出一種隔板，該隔板將進(jìn)一步保護(hù)電池材料免于變質(zhì)并增強(qiáng)安全性而不會(huì)影響性能。