在印度科学研究所的亚博老虎机网登录(印度),科学家和他们的合作者发现新一代的固态电池失败,如何设计一种新颖的策略来让这些电池充电更快和长寿。
示意图(一)代表Li-metal固态电池和不连续界面。这些空洞和不连续性是通过固体电解质树突增长的主要驱动因素。这些空洞可以最小化通过使用一个适当的层间(b)。图片来源:Vikalp统治。
固态电池收集来代替锂离子电池已经发现在几乎每一个便携式电子设备。然而,在受到重复使用或盈余,他们倾向于形成薄丝被称为“树突。“这可能导致电池的短路和渲染他们一文不值。
在一项新的研究发表在杂志上自然材料亚博网站下载科学家们已经确定,这树突形成的主要原因。这是微观孔隙的外观的一个电极处于初期阶段。
此外,他们显示的一些金属薄层电解液表面大大延误树突的发展,从而扩大电池的寿命和允许它被更快。
传统锂离子电池是类型,用户可能会发现在笔记本电脑或smartphones-consist之间的液体电解质固定带负电荷的电极(阳极)制成的石墨和带正电的电极(阴极)由过渡金属氧化物(如钴和铁)。
当电池进行充电和放电(消费),锂离子在阴极和阳极之间穿梭在相反的方向。
这种电池面临重大安全问题高温电解液可能会着火。同时,石墨有能力存储更少的费用相比,金属锂。
因此,一个充满希望的选择是开关的固态电池的液体固体陶瓷电解质和交换石墨与金属锂。更好的性能被陶瓷电解质温度升高时,执行在热带国家像印度尤其有益。
同时,锂是更轻、有潜力比石墨储存更多的电荷。这大大降低了电池的成本。
不幸的是,当您添加锂,形成这些细丝,成长为固态电解质,阳极和阴极短路。
娜迦Phani Aetukuri,研究相应的作者和助理教授,固态化学和结构单元,印度科学研究所的亚博老虎机网登录
这种现象被处死,Aetukuri的博士生,Vikalp Raj,人工诱导树突的形成均匀充电电池。这片部分锂电解质界面和凝视的扫描电子显微镜的帮助。
当他们观察密切关注这样的部分,研究小组发现,一些发生在树突。因此,微观孔隙中形成得到锂阳极的放电。
同时,团队计算电流集中在这种微观孔隙边缘的近10000倍相比,在整个电池的平均电流。这可能是造成压力的固态电解质和加速树突的形成。
这意味着,现在我们的任务很好的电池是非常简单的。我们所需要的是确保空洞不形式。
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为了保证这一点,科学家们发起的超薄层耐火材料的金属。这种金属是很难热量和磨损具有固体电解质和锂阳极。
难熔金属层盾牌的固态电解质压力和当前在一定程度上重新分配。
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Aetukuri和他的研究小组与美国卡内基梅隆大学的科学家们进行了计算分析,清楚地显示,难熔金属层当然推迟微观锂空洞的生长。
采用极端的压力,有可能推动锂对固态电解质可以避免空洞和延迟树突的形成。然而,这可能不是实际的日常应用。同时,其他研究人员建议使用铝,合金等金属的概念或混合锂在接口。
然而,随着时间的推移,这种金属层与锂混合,从而将是可互换的,并不能避免树突的形成。
拉吉说,“我们说的是不同的。如果你使用一个金属钨和钼这并不与锂合金,性能得到的细胞是更好”。
国家科学家的发现是一个至关重要的一步识别商业和实用的固态电池。同样,他们的策略也可以扩展到其他类型的电池含有等金属镁、锌、钠。
期刊引用:
Raj, V。等。(2022)之间的直接相关性空隙形成和锂枝晶生长与夹层固态电解质。自然材料亚博网站下载。doi.org/10.1038/s41563 - 022 - 01264 - 8。
来源:https://iisc.ac.in/