充電就能拯救“失活鋰”？美科學家解鎖下一代電池設計
時間:2021-12-25 14:02來源:財聯社 作者:綜合報道
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科學家們已經將研究目標對準了電池在使用過程中累積的不活躍鋰塊，并展示了如何將它們恢復活性，以提高設備的性能。他們說，這可以通過簡單的調整充電過程來實現，而且這種方法可能不僅有利于今天的電池，而且可以解鎖更大密度的下一代電池設計。
這一突破來自于美國能源部SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的一組科學家，他們專注于研究他們所謂的非活性鋰部分。在電池循環過程中，鋰離子在兩個電極之間來回移動，其中一些在循環過程中失敗，電化學變得不活躍，形成團塊，導致設備的存儲容量下降，甚至可能出現更糟糕的結果。
“我一直認為孤立的鋰是有害的，因為它會導致電池衰變，甚至著火，”領導這項研究的斯坦福大學Yi Cui教授說：“但我們已經發現了如何將‘死亡的’鋰與負極連接起來，重新激活它。”
這一發現最早源于Cui的懷疑，即用電壓鎖定那部分非活性鋰可以使它們發生震動，并使它們在電極之間物理移動。為了驗證這一理論，科學家們建造了一個“光學”測試電池，在設備充電時可以實時觀察非活性鋰的部分。
這個實驗表明那部分鋰實際上并不是“死的”，而是會對電池的運行做出反應，在充電時緩慢地向一個電極移動，在放電時緩慢地向另一個電極移動。
Cui說，“這就像一只非常緩慢的蠕蟲，頭向前一點，尾巴往里一點，一納米一納米地移動。在這種情況下，它通過溶解一端并將物質沉積到另一端來運輸。如果我們能讓鋰蠕蟲保持移動，它最終會接觸到陽極，并重新建立電氣連接。”
為了實現這一目標，科學家們在其他測試電池中進行了后續實驗，并利用計算機模擬表明，通過調整充電過程，那部分失活的鋰實際上可以回收。這項研究成果已于近期發表在了《自然》雜志上。
“我們發現，在放電過程中，我們可以將失活的鋰向陽極移動，在更高的電流下，這些運動更快，”論文研究作者Fang Liu說，“所以我們在電池充電后增加了一個快速的大電流放電步驟，將失活的鋰移動到足夠遠的地方，重新連接到陽極上。這樣就可以重新激活鋰離子電池，從而延長電池的使用壽命。”
據研究小組稱，這一突破將測試電池的使用壽命延長了30%。它還可以改進快速充電電池的設計，或提高當今可充電電池的容量和壽命，進而提高電動汽車的續航里程或電子設備的電池壽命。
科學家們還指出，這一解決方案或許對鋰金屬電池來說也是一根“救命稻草”。鋰金屬電池是一種新一代的設計，可以儲存10倍以上的能量，但在穩定性方面卻存在問題。集成這項新技術可以幫助解決這一缺陷。
“我們的發現對設計和開發更堅固的鋰金屬電池也有廣泛的啟示，”Liu補充說。
(責任編輯：子蕊)
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