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华中农业大学开发新型锂负极技术 可提高锂金属电池的安全性和效率

现在,电动汽车和个人便携式电子产品持续增长,对电池的需求也越来越高。锂金属电池具有更高的容量、持久性和安全性,有望替代常用的锂离子电池。推广使用锂金属电池,需要解决两个挑战性问题。首先,这类电池往往。

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现在,电动汽车和个人便携式电子产品持续增长,对电池的需求也越来越高。锂金属电池具有更高的容量、持久性和安全性,有望替代常用的锂离子电池。推广使用锂金属电池,需要解决两个挑战性问题。首先,这类电池往往会积聚锂枝晶;第二,电极的体积变化很大。这些问题会导致电池的性能下降,引起安全隐患。据外媒报道,《纳米研究》(Nano Research)杂志上发表的一篇论文显示,研究人员描述了一种利用热灌注(thermal infusion)开发三维复合锂负极的技术,可以有效解决锂沉积和充电循环中的能量损耗问题。

华中农业大学的研究人员曹菲菲教授表示:“锂金属电池的能量密度高,有望成为电动汽车的电化学存储设备。然而,锂枝晶生长和锂负极体积变化大的问题,使其实际应用受到影响。探讨合适的方法来解决锂负极存在的问题,具有重要意义,可以提高电池的实用性。”

华中农业大学开发新型锂负极技术 可提高锂金属电池的安全性和效率

为了解决这些问题,研究人员创建了3D支架,并向其中注入熔融锂。确保技术安全性的关键在于,使用由双氧化镁铝纳米片构成的层体。据介绍,这种材料是亲锂材料,可以吸引锂生成合金介质。熔融锂被吸引到纳米片上,通过表面张力的作用,被带到3D支架上。研究人员表示,这种表面张力具有重要意义,可以促进熔融锂瞬间渗透到3D主体中,形成稳定的3D合锂负极。

研究人员对使用这项技术开发的电池进行了严格的测试。与现有技术相比,这些电池形成了管状枝晶,但厚度波动仅为3%。相比之下,采用以往的技术,大尺寸电极的增长率为22%。

研究人员还测试了电池的库化效率或电流效率,以衡量容量和能量损耗。经过100次充电循环,可保持98.6%的效率。相比之下,普通的锂金属电池经过23次充电循环,就会出现明显的能量损耗。

展望未来,研究人员计划继续改进锂金属电池,以促进这项技术的广泛应用。曹教授表示:“下一步,我们将用轻质基材来代替厚重的基材,以生成高质量比活性锂,提高电池的能量密度。研究人员希望制备一种安全性高的复合锂负极,使电池的能量重量密度达到500 Wh kg-1以上,从而提高市场竞争力。”

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