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充電就能拯救“失活鋰”？美科學家解鎖下一代電池設(shè)計
時間:2021-12-25 14:02來源:財聯(lián)社 作者:綜合報道
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科學家們已經(jīng)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(shè)備的性能。他們說，這可以通過簡單的調(diào)整充電過程來實現(xiàn)，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(shè)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(huán)過程中，鋰離子在兩個電極之間來回移動，其中一些在循環(huán)過程中失敗，電化學變得不活躍，形成團塊，導致設(shè)備的存儲容量下降，甚至可能出現(xiàn)更糟糕的結(jié)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(lǐng)導這項研究的斯坦福大學Yi Cui教授說：“但我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何將‘死亡的’鋰與負極連接起來，重新激活它。”
這一發(fā)現(xiàn)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(fā)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(shè)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(zhì)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(xiàn)這一目標，科學家們在其他測試電池中進行了后續(xù)實驗，并利用計算機模擬表明，通過調(diào)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(fā)表在了《自然》雜志上。
“我們發(fā)現(xiàn)，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(jù)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(shè)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(xù)航里程或電子設(shè)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(shè)計，可以儲存10倍以上的能量，但在穩(wěn)定性方面卻存在問題。集成這項新技術(shù)可以幫助解決這一缺陷。
“我們的發(fā)現(xiàn)對設(shè)計和開發(fā)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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