《研究人员发明新涂层 使金属锂电池更稳定》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-09-06
  • 8月26日,据外媒报道,美国斯坦福大学和SLAC国家加速器实验室的研究人员发表在《焦耳》杂志上的一项研究指出,他们发明了一种新的涂层,可以使轻量金属锂电池安全持久,这将引领下一代电动汽车的诞生。

    在实验室测试中,涂层显著延长了电池的寿命,它还通过极大地限制穿透电池正负极之间隔板的析锂来处理燃烧问题。

    研究人员指出,金属锂电池每磅的能量至少比锂离子电池多三分之一,而且非常轻,因为它们使用轻量锂作为带正电荷的一端,而不是更重的石墨。如果金属锂电池更可靠,从笔记本电脑到手机,这些便携式电子产品都能从中受益,但真正的收入来源将是汽车。电动汽车最大的阻力是电池就占据了成本的四分之一,这触及电动汽车生产成本的核心问题。

    传统锂离子电池的容量已经发展到了极限,因此,开发新型电池以满足现代电子设备的高能量密度要求至关重要。

    斯坦福大学和SLAC的研究小组在一个标准金属锂电池的正电荷端(称为阳极)上测试了它们的涂层,正电荷端通常形成析锂。最终,他们将特殊涂层的阳极与其他市场上可买到的组件结合起来,创造出一种完全可运行的电池。经过160次循环使用后,他们的金属锂电池仍能提供第一次循环时85%的电能。普通的金属锂电池在如此多次循环后会大概只能释放约30%的能量,即使它们不会爆炸,作用也不大了。

    这种新的涂层通过形成一个分子网络来阻止析锂的形成,这个网络可以将带电的锂离子均匀地输送到电极上。它可以防止这些电池发生不必要的化学反应,还可以减少阳极上的化学物质积聚以避免它们破坏电池的供电能力。

    研究小组目前正在改进其涂层设计,以便在更多周期内测试电池及提高容量保持率。

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    • 涂层为电池阴极提供额外的保护层。 制造更好的锂离子电池涉及同时解决各种因素,从保持电池的阴极电气和离子导电到确保电池在多次循环后保持安全。 在一项新发现中,美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的科学家们利用氧化化学气相沉积技术开发出一种新的阴极涂层,该技术可以帮助解决这些以及锂离子电池的其他几个潜在问题。行程。 “我们发现的涂层真的可以用一块石头击中五六只鸟。” Khalil Amine,Argonne杰出的伙伴和电池科学家。 在研究中,Amine和他的研究人员研究了Argonne开创性的镍 - 锰 - 钴(NMC)阴极材料颗粒,并用含硫聚合物PEDOT封装。当电池充电和放电时,该聚合物为阴极提供一层保护,使其免受电池电解质的影响。 与传统涂层不同,传统涂层仅保护微米级阴极颗粒的外表面并使内部易于开裂,PEDOT涂层具有渗透到阴极颗粒内部的能力,增加了额外的屏蔽层。 此外,尽管PEDOT防止电池和电解质之间的化学相互作用,但它确实允许电池所需的锂离子和电子的必要传输以起作用。 “这种涂层对所有工艺和化学品都非常友好,这使得电池工作并且对导致电池降解或故障的所有潜在反应都不友好,”该研究的第一作者阿贡的化学家许良良说。 涂层还很大程度上防止了导致电池阴极失活的另一种反应。在该反应中,阴极材料转化为另一种称为尖晶石的形式。 “几乎没有尖晶石形成与其他特性的结合使得这种涂层成为非常令人兴奋的材料,”Amine说。 PEDOT材料还显示出防止氧释放的能力,这是NMC阴极材料在高电压下降解的主要因素。 “这种PEDOT涂层还被发现能够抑制充电过程中的氧释放,从而提高结构稳定性并提高安全性,”Amine说。 Amine指出,电池科学家可能会扩大涂层用于富含镍的NMC电池。 “这种聚合物已经存在了一段时间,但我们仍然惊讶地发现它具有所有令人鼓舞的效果,”他说。 随着涂层的应用,研究人员认为含NMC的电池可以在更高的电压下运行 - 从而增加其能量输出 - 或者具有更长的寿命,或两者兼而有之。 为了进行这项研究,科学家们依靠位于阿贡的两个DOE科学办公室用户设施:高级光子源(APS)和纳米材料中心(CNM)。在APS的束线11-ID-C处进行原位高能X射线衍射测量,并且在CNM处进行聚焦离子束光刻和透射电子显微镜检查。 ——文章发布于2019年5月14日
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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
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