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软固体电解质材料可有效抑制锂电池阳极上的枝晶生长

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表面平滑的电池阳极 X 光图像(来自:Berkeley Lab)

由于具有出色的能量密度,锂金属在能源界被寄予了厚望。通过持续的改善,纯锂金属电极有望让电池容量提升至当前的 10 倍,且极大地缩减充电所需耗费的时间。

不过横亘在科学家们面前的最大障碍,就是可能严重损害电池性能的枝晶。在电池在充放电时,石墨阳极上会形成这种恼人的结构,并最终导致锂电池的断路失效故障甚至起火。

许多电池研究项目,都将重点放在了如何抑制这些枝晶的生长上。不过最近,我们已经见到了一些有希望的解决方案。 这些措施包括将保护层掺入阳极以防止枝晶生长,或使用碳纳米管支架来达到相同的效果,甚至将胶带引入混合物中。

好消息是,劳伦斯·伯克利国家实验室和卡内基梅隆大学的科学家团队,已经在新型软固体电解质上得出了新的答案。

据悉,电解质旨在促进离子在电池两极之间来回运动。不过在锂金属电池上,研究团队选用了柔软多孔的聚合物材料,并在微孔中填充纳米陶瓷颗粒。

通过 X 射线成像技术展开长达 16 小时的观测,实验室测试表明,这种软、固结合的电解质方案具有很大的优势。在整个测试期间,电极表面都保持得相当平滑。 在另一项未使用所谓 PIM 复合电解质材料的对照组中,研究人员在早期就观察到了枝晶生长的迹象。展望未来,其希望新技术有助于极大地提升电动交通工具的电池密度。

有关这项研究的详情,已近发表在近日出版的《自然材料》(Nature Materials)期刊上。