加州大學(xué)戴維斯分?；瘜W(xué)工程系的萬建迪副教授的研究小組在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表了一篇新論文，提出了一種解決鋰可充電鋰電池枝晶生長的潛在解決方案。Wan的團(tuán)隊在論文中證明，在陰極附近流動的離子有可能擴(kuò)大這些下一代可充電電池的安全性和使用壽命。

鋰金屬電池使用鋰金屬作為陽極。這些電池具有高電荷密度，并且可能使常規(guī)鋰離子電池的能量增加一倍，但是安全性是一個大問題。當(dāng)它們帶電時，一些離子會在陰極表面還原為鋰金屬，并形成不規(guī)則的樹狀微結(jié)構(gòu)，稱為樹突，最終可能導(dǎo)致短路甚至爆炸。

從理論上講，樹枝狀晶體的生長是由質(zhì)量傳遞的競爭和陰極表面附近鋰離子的還原速率的競爭引起的。當(dāng)離子的還原速度快于傳質(zhì)速度時，它會在陰極附近產(chǎn)生一個不包含離子的電子中性間隙，稱為空間帶電層。人們認(rèn)為該層的不穩(wěn)定性會導(dǎo)致枝晶生長，因此減少或消除它可能會減少枝晶生長，從而延長電池壽命。

鋰金屬電池容易產(chǎn)生金屬樹枝狀晶體，會導(dǎo)致電池短路或爆炸。加州大學(xué)戴維斯分校的工程師表明，陰極附近的離子錯流可以防止此問題。在該圖中，增加電極上的流速可減少表面上樹枝狀晶體的生長。

樹突生長減少了99％

Wan的想法是使離子在微流體通道中流過陰極，以恢復(fù)電荷并彌補(bǔ)這一缺口。該團(tuán)隊在論文中概述了其概念驗證測試，發(fā)現(xiàn)這種離子流最多可將枝晶生長降低99％。

對于Wan而言，這項研究令人興奮，因為它表明了將微流體技術(shù)應(yīng)用于電池相關(guān)問題的有效性，并為該領(lǐng)域的未來研究鋪平了道路。

他說：“通過這項基礎(chǔ)研究和微流體方法，我們能夠定量地了解流動對枝晶生長的影響。”“還沒有很多研究小組對此進(jìn)行過研究?！?/p>

盡管不可能將微流體直接整合到實際電池中，但Wan的小組正在尋找其他方法來應(yīng)用這項研究的基本原理，并在陰極表面附近引入局部流動以補(bǔ)償陽離子并消除空間電荷層。

他說：“我們很高興探索我們研究的新應(yīng)用。”“我們已經(jīng)在設(shè)計陰極表面以引入對流?！?/p>