新型锂金属电池退化挑战提供了潜在的解决方案

一个新颖的方法来构建改进,制定了安全的锂金属电池斯坦福大学科学家们在一项新研究中。

密切相关的可充电锂离子电池,广泛应用于电动汽车和方便的电子产品,锂金属电池提供卓越的承诺作为下一代能源存储设备。与锂离子设备相比,锂金属电池可以包含更多的能量,体重显著减少,充电更快。

不过,直到现在的商业应用程序可充电锂金属电池一直被控制在最低水平。一个核心的原因是“树突”——薄的发展,金属,树状结构形式在电池锂金属电极上积累。这些树突减少电池性能并最终导致失败的,在一些情况下,甚至引起一场火灾的。

这项新的研究解决这树突问题从理论的角度来看。见这篇文章发表在电化学学会》杂志上斯坦福大学的科学家建立了一个数学模型,结合树突所涉及的化学和物理的发展。

这个模型提出了见解,替换新的电解质——媒介通过锂离子电池中的两个电极之间流动,与特定的属性可能减速甚至完全停止树突发育。

“我们的研究的目的是帮助指导设计的锂金属电池寿命更长,”李说,这项研究主要作者卫浴,博士生在能源工程得到教授丹尼尔·对此和Tchelepi哈姆迪。“我们的数学框架占锂金属电池的关键化学和物理过程在合适的规模。”

这项研究提供了一些具体的细节树突形成的条件,以及可能的途径抑制其增长。

研究合著者教授Tchelepi哈姆迪能源工程、地球学院能源与环境科学、斯坦福大学欧洲杯线上买球

设计方向

实验很长一段时间努力理解的因素导致树突的形成,但实验室工作是艰巨的,结果一直很难推断。识别这一挑战,科学家们创建了一个数学表示电池的内部电场和运动的锂离子通过电解液材料,连同其他适用的机制。

在获得的研究结果,实验可以专注于物理上合理的材料和结构安排。

我们希望其他研究人员可以使用这个指导我们的研究设计设备,有权利属性和减少试错的范围,在实验室里做实验变异。

研究合著者教授Tchelepi哈姆迪能源工程、地球学院能源与环境科学、斯坦福大学欧洲杯线上买球

特别是,电解液的新方法设计制定的研究包括寻找材料各向异性,这意味着他们显示不同的属性在不同的方向。欧洲杯足球竞彩各向异性材料的木头是一个典型的例子,它是坚固的方向,可见线的木头,而不是格格不入。

关于各向异性电解质,这些材料可以调整离子运输和界面化学之间的复杂的相互作用,防止树突收益发展的欧洲杯足球竞彩积累。特定的液晶和凝胶显示这些优先功能,根据科学家。

研究发现的另一种方法是基于电池分隔符——膜,阻止电池的电极两端接触和短路。新类型的分隔符可以改造拥有毛孔导致锂离子通过电解液来回旅行在一个各向异性的方式。

构建和测试

研究人员希望看到其他科学家追求“领导”在他们的研究中发现的。这些后续步骤将需要建立实际设备,依靠新的试验电解液配方和电池结构,然后验证可能是可伸缩的,操作,和经济。

大量的研究进入材料的设计和实验验证复杂的电池系统,一般来说,这样的数学框架牵头卫浴欧洲杯足球竞彩这方面的很大程度上是缺失的。

研究合著者丹尼尔•对此能源工程教授,学院的地球,能源,环境科学,斯坦福大学欧洲杯线上买球

根据最近的这些结果,和他的同事们是参与构建一个完全虚拟表示形式——称为“数字阿凡达”的锂金属电池平台,或轻拍。

本研究是一个动作的关键构件,一个全面的“数字阿凡达”或复制品我们实验室正在开发的锂金属电池,用我们将继续推进这些承诺的最先进的能源存储设备。

研究合著者丹尼尔•对此能源工程教授,学院的地球,能源,环境科学,斯坦福大学欧洲杯线上买球

怡光Ju,也是这项研究的合著者,是普林斯顿大学的机械和航空航天工程教授。

本研究获得资金从现代汽车集团,美国空军科学研究办公室,TotalEnergies赐予的礼物。

期刊引用:

李,W。等。(2022)Stability-Guided策略来减轻树突增长的锂金属电池。电化学学会》杂志上。doi.org/10.1149/1945-7111/ac7978。

来源:https://stanford.edu