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鋰電池——工程師們解開了製造更小更輕電池的謎團
- 由 風趣星空m 發表于 棋牌
- 2022-12-25
電解質的條件是什麼
麻省理工學院
（MIT）
研究人員的一項發現可能最終為設計一種新型可充電鋰電池打開了大門，這種電池比現有的版本更輕、更緊湊、更安全，世界各地的實驗室已經研究了多年。
電池技術這一潛在飛躍的關鍵在於，用更薄、更輕的固態陶瓷材料層取代位於正負電極之間的液體電解質，並用固態金屬鋰取代其中一個電極。這將大大減少電池的整體尺寸和重量，並消除與易燃液體電解質相關的安全風險。但這一探索一直受到一個大問題的困擾
：
枝晶
。
枝晶
是金屬的突出物，可以在鋰表面積聚，並滲透到固體電解質中，最終從一個電極穿過到另一個電極，導致電池短路。研究人員還無法就這些
枝晶
的產生原因達成一致，也沒有在如何防止它們從而使輕量級固態電池成為實際選擇方面取得很大進展。
這項由麻省理工學院和布朗大學的
研究小組
共同發表在《
焦耳
》雜誌上的新研究似乎解決了導致
枝晶
形成的原因這個問題。它還展示瞭如何防止
枝晶
穿過電解質。
在該
研究小組
早期的工作中，他們有了一個
“
令人驚訝和意想不到的
”
發現，即用於固態電池的堅硬的固體電解質材料可以被鋰穿透，鋰是一種非常軟的金屬，在電池充放電過程中，鋰離子在電池兩側移動。
這種離子的來回穿梭導致電極的體積發生變化。這不可避免地在固體電解質中造成壓力，它必須與夾在它中間的兩個電極完全接觸。
研究人員說：
“
要沉積這種金屬，體積必須擴大，因為你增加了新的質量。因此，鋰沉積的電池一側的體積增加了。如果存在微小的缺陷，就會對這些缺陷產生壓力，從而導致開裂。
”
該團隊現在證明，這些壓力導致了裂縫，使
枝晶
得以形成。解決這個問題的方法是施加更多的壓力，在正確的方向上施加適量的力。
此前，一些研究人員認為
枝晶
是由純電化學過程而不是機械過程形成的，但該團隊的實驗證明，是機械壓力導致了問題。
枝晶
的形成過程通常發生在電池不透明材料的深處，無法直接觀察到，因此
研究小組
開發了一種使用透明電解質製造薄電池的方法，可以直接看到和記錄整個過程。
研究人員說：
“
當你對系統施加壓力時，你可以看到發生了什麼，你可以看到
枝晶
的行為是否與腐蝕過程或斷裂過程相適應。
”
該團隊證明，他們可以直接透過施加和釋放壓力來
控制枝晶
的生長，使
枝晶
與力的方向完美地對齊。
對固體電解質施加機械應力並不能消除枝晶的形成，但它確實控制了枝晶的生長方向。這意味著它們可以被引導保持與兩個電極平行，並且永遠不會越過另一邊，因此是無害的。
這最終可能使使用固體電解質和金屬鋰電極生產電池成為現實。它們不僅能在給定的體積和重量中儲存更多的能量，而且還能消除對液體電解質的需求，液體電解質是一種易燃材料。
研究人員表示
，在演示了相關的基本原理之後，該團隊的下一步將是嘗試將這些原理應用到功能電池原型的建立中，然後明確需要什麼樣的製造過程才能大量生產這樣的電池。
關於鋰離子電池，分享三本專著：
《
鋰離子電池製造工藝原理與應用
》，化學工業出版社，
2020
年出版。
鋰離子電池製造工藝原理與應用
¥
144。6
京東
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《
鋰離子電池：科學與技術
》，化學工業出版社，
2015
年出版。
鋰離子電池：科學與技術
¥
75。7
京東
購買
《鋰離子電池組設計手冊
電池體系、部件、型別和術語》，清華大學出版社，
2018
年出版。
鋰離子電池組設計手冊 電池體系、部件、型別和術語
¥
84。4
京東
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