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新装置可改善锂金属电池性能

2020/2/20 12:29:05
来源:科技日报 新闻记者:刘海英



  表面声波器件十分小巧。图片来源:加州大学圣迭戈分校网站

美国加州大学圣迭戈分校一研究团队开发出一种超声波装置,可有效改善锂金属电池的性能。研究人员18日在《先进材料》杂志上介绍了相关研究成果,并称该装置可应用于任何电池,而无须考虑其内部的化学成分。

锂金属电池因其高能量密度和功率密度而被认为是下一代技术。与当前被广泛使用的锂离子电池相比,相同重量下,锂金属电池容量可达锂离子电池的两倍。但目前这种电池却没能被广泛商用,其主要原因是电池寿命太短,在充电过程中,电解质中的锂消耗严重,沉积时会形成孔隙和枝晶,使得电池性能下降,甚至出现短路,导致火灾、爆炸等事故。长期以来,科学家们一直在寻找使锂金属电池更安全、实用的方法。

此次,研究人员通过一个小型的100MHz表面声波器件有效地解决了上述问题。表面声波器件是现在智能手机中常用的一种组件,可以产生极高的声波,在手机中主要用于过滤无线信号。研究人员将这种器件改用于锂金属电池,其发射的超声波会在电池充电过程中使电解液循环流动,不仅会降低锂的消耗量,还使锂在沉积时不会形成枝晶,改善电池性能的同时也提升了其安全性。研究表明,配备该器件的锂金属电池可以充放电250次,10分钟即可完成一次充电。

研究人员称,他们的研究证实了通过表面声波驱动电解液流动来实现锂金属电池快速充电的可行性,这种方法与电池内部的化学成分无关,因此理论上可适用于任何电池。

其实在理论上,锂金属电池的储电量可相当于锂离子电池的10倍。但就像文中所说,它有一个致命缺陷,简言之,在锂金属电池充放电时,锂会不均匀地聚集在电极上,而这种积聚会大大缩短电池寿命,严重时则电池短路或发生起火事故。这个瓶颈导致锂金属电池一直未被商业化,研发人员也想出多种办法试图解决。如今超声波的驱动证实可行,无疑等于在锂金属电池的应用之路上点起了一盏新灯,也让进一步大幅改观电力存储的经济效益成为可能。



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