研究人員研發(fā)半液態(tài)金屬陽(yáng)極 將鋰電池容量提升10倍

據(jù)外媒報(bào)道，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）梅隆理工學(xué)院的研究人員研發(fā)出一種半液態(tài)鋰金屬陽(yáng)極，可為電池設(shè)計(jì)提供一種新范式。利用此種新型電極制成的鋰電池將具有更高的容量，而且與采用鋁箔制成陽(yáng)極的傳統(tǒng)鋰金屬電池相比，更加安全。

鋰電池具有存儲(chǔ)大量能量的能力，因而是現(xiàn)代電子產(chǎn)品中最常見的可充電電池類型之一。一般來說，此類電池由可燃的液體電解質(zhì)和兩個(gè)電極（陽(yáng)極和陰極）組成，其中，陽(yáng)極和陰極被薄膜隔開。在電池反復(fù)充放電之后，電極表面會(huì)生長(zhǎng)鋰枝晶，此類枝晶會(huì)刺破分隔兩個(gè)電極的薄膜，從而讓陰極與陽(yáng)極接觸，結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致電池短路，最糟的是，可能會(huì)起火。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)化學(xué)系自然科學(xué)教授Krzysztof Matyjaszewski表示：“從理論上看，在鋰電池中采用鋰金屬陽(yáng)極，比采用石墨陽(yáng)極的電池容量大得多，但是，最重要的是要確保電池是安全的?！?/p>

目前，電池中使用的是具揮發(fā)性的液體電解質(zhì)，解決方案之一是使用固體陶瓷電解質(zhì)替代，此類電解質(zhì)導(dǎo)電性高、不可燃以及具有足夠強(qiáng)大的抗枝晶性。但是，研究人員發(fā)現(xiàn)，陶瓷電解質(zhì)和固體鋰陽(yáng)極之間的接觸不足以存儲(chǔ)和供應(yīng)大多數(shù)電子產(chǎn)品所需的電量。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)化學(xué)系博士生Sipei Li和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)材料科學(xué)和工程系博士生Han Wang制造出一種新型材料，半流體金屬陽(yáng)極，克服了該缺點(diǎn)。

Li和Wang與Matyjaszewski和Jay Whitacre合作，創(chuàng)造出一種雙導(dǎo)電聚合物/碳基復(fù)合材料，鋰微粒在其上面可均勻分布。該碳基復(fù)合材料能夠在室溫下保持流動(dòng)，從而可與固體電解質(zhì)進(jìn)行足夠的接觸。與使用固體電解質(zhì)和傳統(tǒng)鋰箔陽(yáng)極制成的電池相比，通過將半液態(tài)金屬陽(yáng)極與石榴石固體陶瓷電解質(zhì)結(jié)合，能夠使此類電池的能量密度高出10倍，從而使此類電池比傳統(tǒng)電池的生命循環(huán)周期也更長(zhǎng)。

研究人員相信他們的方法能夠帶來深遠(yuǎn)的影響，例如，可以用來為電動(dòng)汽車生產(chǎn)高容量電池，以及為需要使用柔性電池的可穿戴設(shè)備制造專用電池。而且，研究人員還認(rèn)為，他們的方法可以用于其他可充電電池系統(tǒng)，如納金屬電池和鉀金屬電池，以及可用于電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

(責(zé)編：李碩)

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