关于ZAKER 融媒体解决方案 合作 加入

宾大工程师设计可反复充电电极 缓解锂资源压力

盖世汽车 2019-12-14

核心提示:宾夕法尼亚大学的工程师们,希望使用非锂金属离子,设计一种可反复充电的电极,提高电池工作效率。

(图源:Penn 官网)

盖世汽车讯 可充电锂离子电池是一项革命性技术,广泛应用于从手机到汽车的方方面面。但是,锂离子电池不能无限充电,在每次充放电循环中,电池中的材料都会膨胀开裂,逐渐降低存储性能,直至失效。因此,对新鲜锂、钴和其他必要元素的需求不断增长,给自然资源造成压力。

据外媒报道,宾夕法尼亚大学的工程师们,希望使用非锂金属离子,设计一种可反复充电的电极,提高电池工作效率。据认为,镁离子电池是一种很有前途的替代品,但是,能够可逆存储镁的材料,更容易出现裂纹和其他问题。

该校研究人员找到一种解决方案,在镁离子电池的负极中,加入熔点略高于室温的金属镓。在每个充放电周期中,这些负极产生融固化现象,可以 " 愈合 " 裂纹,避免出现膨胀,从而提升可充电电池的存储能力。这项研究由宾大工学院材料科学与工程系教授 Eric Detsi,以及他实验室的研究生 Lin Wang 和 Samuel Welborn 领导进行。实验表明,新型镓基负极能够明显延长镁离子电池的寿命,而且不需要昂贵的纳米材料。这些特性使镁离子电池非常适合大规模应用,减轻锂资源压力。

Wang 表示:" 由于结合和释放离子,大多数电极材料的体积会发生变化。固体 - 固体相变带来的应力累积会破坏电池,使其发生裂解。" 在室温下,纯镓是一种具有延展性的银色金属,很容易被误认为是铝或镍。这种材料的熔点为 85 华氏度,将其握在手中,体温足以将一块固体镓转变成类似水银的液体。Welborn 表示:" 在我们的新研究中,材料不是从一种固体变成另一种固体,而是从原来的固体变成液体。因为不存在固体 - 固体相变应力,所以可以抑制裂解。"

在该研究中,在该研究中,起初镓以固体形式出现与镁构成合金,形成微米级颗粒。" 为了用电子方式连接这些小颗粒,"Wang 说," 我们把它们放入由碳纤维、炭黑和石墨烯组成的导电网状物中,这些材料都用粘合剂粘在一起。" 当镁离子与镓分离时,由于电池在略高于镓熔点的温度下工作,镓就转变为液态。Welborn 称:" 因为被包裹在其他材料网状物中,所以当镓从固体变成液体时,不会像普通液体那样四处流动。"

研究人员利用 X 射线检查电池内部材料的晶体结构。他们发现,当电池充电时,离子回到负极,并重新形成固态的镓镁颗粒。重要的是,在每个循环过程中,这些颗粒都能重新生成,所以不会出现裂纹,降低电池性能。研究人员开发的实验电池,能够承受超过 1000 次的充电循环,大约是目前最先进的镁离子电池的 5 倍。

Detsi 称:" 很明显,我们需要电池替代技术。这样做不是为了取代锂,而是为了支持锂资源。在这项研究中,电池所展现出的上千次循环,代表重大的进步。我们的梦想是,利用这种独特的自愈行为,设计一种可以无休止充放电的电池。"

* 特别声明:本文为技术类文章,禁止转载或大篇幅摘录!违规转载,法律必究。

以上内容由"盖世汽车"上传发布 查看原文

觉得文章不错,微信扫描分享好友

扫码分享