華中農(nóng)業(yè)大學開發(fā)新型鋰負極技術(shù) 可提高鋰金屬電池的安全性和效率

現(xiàn)在，電動汽車和個人便攜式電子產(chǎn)品持續(xù)增長，對電池的需求也越來越高。鋰金屬電池具有更高的容量、持久性和安全性，有望替代常用的鋰離子電池。推廣使用鋰金屬電池，需要解決兩個挑戰(zhàn)性問題。首先，這類電池往往會積聚鋰枝晶；第二，電極的體積變化很大。這些問題會導致電池的性能下降，引起安全隱患。據(jù)外媒報道，《納米研究》(Nano Research)雜志上發(fā)表的一篇論文顯示，研究人員描述了一種利用熱灌注(thermalinfusion)開發(fā)三維復合鋰負極的技術(shù)，可以有效解決鋰沉積和充電循環(huán)中的能量損耗問題。

華中農(nóng)業(yè)大學的研究人員曹菲菲教授表示：“鋰金屬電池的能量密度高，有望成為電動汽車的電化學存儲設(shè)備。然而，鋰枝晶生長和鋰負極體積變化大的問題，使其實際應(yīng)用受到影響。探討合適的方法來解決鋰負極存在的問題，具有重要意義，可以提高電池的實用性。”

為了解決這些問題，研究人員創(chuàng)建了3D支架，并向其中注入熔融鋰。確保技術(shù)安全性的關(guān)鍵在于，使用由雙氧化鎂鋁納米片構(gòu)成的層體。據(jù)介紹，這種材料是親鋰材料，可以吸引鋰生成合金介質(zhì)。熔融鋰被吸引到納米片上，通過表面張力的作用，被帶到3D支架上。研究人員表示，這種表面張力具有重要意義，可以促進熔融鋰瞬間滲透到3D主體中，形成穩(wěn)定的3D合鋰負極。

研究人員對使用這項技術(shù)開發(fā)的電池進行了嚴格的測試。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這些電池形成了管狀枝晶，但厚度波動僅為3%。相比之下，采用以往的技術(shù)，大尺寸電極的增長率為22%。

研究人員還測試了電池的庫化效率或電流效率，以衡量容量和能量損耗。經(jīng)過100次充電循環(huán)，可保持98.6%的效率。相比之下，普通的鋰金屬電池經(jīng)過23次充電循環(huán)，就會出現(xiàn)明顯的能量損耗。

展望未來，研究人員計劃繼續(xù)改進鋰金屬電池，以促進這項技術(shù)的廣泛應(yīng)用。曹教授表示：“下一步，我們將用輕質(zhì)基材來代替厚重的基材，以生成高質(zhì)量比活性鋰，提高電池的能量密度。研究人員希望制備一種安全性高的復合鋰負極，使電池的能量重量密度達到500Whkg^-1以上，從而提高市場競爭力。”

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