美國(guó)研發(fā)固態(tài)離子導(dǎo)體阻止樹突蔓延 研發(fā)下一代高容量鋰金屬電池
鋰金屬因具有高比容量，是最有前景的下一代電池陽(yáng)極。不過，其廣泛應(yīng)用受到挑戰(zhàn)性阻礙：在多次充放電循環(huán)中，稱作樹突的枝晶會(huì)通過電解質(zhì)從電池負(fù)極生長(zhǎng)到正極，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，造成嚴(yán)重的安全問題。
然而，據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon）機(jī)械工程系助理教授Venkat Viswanathan研究了固態(tài)離子導(dǎo)體（SIC）組件可作為陽(yáng)極和電解質(zhì)之間的隔板，阻止樹突蔓延。
研究人員們首先設(shè)計(jì)了一個(gè)理論模型，以建立SIC必須遵守的設(shè)計(jì)規(guī)則，確保電沉積循環(huán)的穩(wěn)定。從該模型中，研究人員了解到此種穩(wěn)定性主要取決于SIC的兩個(gè)特性：剪切模量（測(cè)量剛度）和鋰離子在SIC移動(dòng)時(shí)所占的體積。
剪切模量更低且鋰體積較小的材料會(huì)抑制樹突的生長(zhǎng)，而剪切模量高且鋰體積大的材料則會(huì)阻止樹突（蔓延），從而實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)穩(wěn)定的區(qū)域：一個(gè)抑制樹突的區(qū)域，一個(gè)阻斷樹突的區(qū)域。雖然在電化學(xué)領(lǐng)域，人們已經(jīng)知道并研究了阻斷樹突的機(jī)制，但是尚未探索出抑制樹突生長(zhǎng)的機(jī)制。
通過與勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）Brett Helms團(tuán)隊(duì)合作，研究人員們意識(shí)到以前從未被認(rèn)識(shí)到的穩(wěn)定區(qū)域是取得重大科學(xué)進(jìn)步的巨大機(jī)會(huì)，于是，設(shè)計(jì)了一種基于聚合物的復(fù)合SIC，專用于探測(cè)抑制樹突生長(zhǎng)的機(jī)制，并驗(yàn)證假設(shè)。
通過一系列計(jì)算和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，研究人員們證明，通過訪問之前未知的穩(wěn)定區(qū)域，此種材料確實(shí)可以避開樹突生長(zhǎng)的障礙，畢竟樹突一直在阻礙鋰金屬用作高容量陽(yáng)極。
他們的研究可作為進(jìn)一步研發(fā)下一代電池的基礎(chǔ)，而下一代電池對(duì)于驅(qū)動(dòng)飛行汽車等新技術(shù)將必不可少。
來源：科技日?qǐng)?bào)