加州大學戴維斯分校化學工程系的萬建迪副教授的研究小組在《科學進展》上發(fā)表了一篇新論文，提出了一種解決鋰可充電鋰電池枝晶生長的潛在解決方案。Wan的團隊在論文中證明，在陰極附近流動的離子有可能擴大這些下一代可充電電池的安全性和使用壽命。

鋰金屬電池使用鋰金屬作為陽極。這些電池具有高電荷密度，并且可能使常規(guī)鋰離子電池的能量增加一倍，但是安全性是一個大問題。當它們帶電時，一些離子會在陰極表面還原為鋰金屬，并形成不規(guī)則的樹狀微結(jié)構(gòu)，稱為樹突，最終可能導致短路甚至爆炸。

從理論上講，樹枝狀晶體的生長是由質(zhì)量傳遞的競爭和陰極表面附近鋰離子的還原速率的競爭引起的。當離子的還原速度快于傳質(zhì)速度時，它會在陰極附近產(chǎn)生一個不包含離子的電子中性間隙，稱為空間帶電層。人們認為該層的不穩(wěn)定性會導致枝晶生長，因此減少或消除它可能會減少枝晶生長，從而延長電池壽命。

鋰金屬電池容易產(chǎn)生金屬樹枝狀晶體，會導致電池短路或爆炸。加州大學戴維斯分校的工程師表明，陰極附近的離子錯流可以防止此問題。在該圖中，增加電極上的流速可減少表面上樹枝狀晶體的生長。

樹突生長減少了99％

Wan的想法是使離子在微流體通道中流過陰極，以恢復電荷并彌補這一缺口。該團隊在論文中概述了其概念驗證測試，發(fā)現(xiàn)這種離子流最多可將枝晶生長降低99％。

對于Wan而言，這項研究令人興奮，因為它表明了將微流體技術(shù)應(yīng)用于電池相關(guān)問題的有效性，并為該領(lǐng)域的未來研究鋪平了道路。

他說：“通過這項基礎(chǔ)研究和微流體方法，我們能夠定量地了解流動對枝晶生長的影響?！薄斑€沒有很多研究小組對此進行過研究?！?/p>

盡管不可能將微流體直接整合到實際電池中，但Wan的小組正在尋找其他方法來應(yīng)用這項研究的基本原理，并在陰極表面附近引入局部流動以補償陽離子并消除空間電荷層。

他說：“我們很高興探索我們研究的新應(yīng)用?！薄拔覀円呀?jīng)在設(shè)計陰極表面以引入對流?！?/p>