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哈佛科學(xué)家研發(fā)“三明治式電池” 充電時(shí)間僅10分鐘

時(shí)間:2021-05-17 12:21來(lái)源:財(cái)聯(lián)社 作者:綜合報(bào)道
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       近日，哈佛大學(xué)的科學(xué)家們提出了一種實(shí)驗(yàn)性電池新設(shè)計(jì)，據(jù)稱這種電池可以使電動(dòng)汽車(chē)在短短10分鐘內(nèi)完成充電。
 
       據(jù)了解，這種替代結(jié)構(gòu)還能提供比同類電池更長(zhǎng)的壽命，因?yàn)樗褂昧烁咝阅艿匿嚱饘俸凸腆w電解質(zhì)，使其能在數(shù)千次循環(huán)中保持穩(wěn)定。這項(xiàng)研究成果已于本月12日被刊登在了知名科學(xué)期刊《自然》（Nature）上。
       一直以來(lái)，科學(xué)家們都希望通過(guò)將用于陽(yáng)極的石墨和銅換成鋰金屬來(lái)提高現(xiàn)在鋰離子電池的性能。陽(yáng)極、液體電解質(zhì)和電池的另一個(gè)電極（陰極）一起工作，在設(shè)備充電和放電時(shí)來(lái)回傳遞離子，而鋰金屬的出色容量和密度使其成為一種有吸引力的材料。
 
       哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院材料科學(xué)副教授Xin Li表示，“鋰金屬電池被認(rèn)為是電池化學(xué)的圣杯，因?yàn)樗母呷萘亢湍芰棵芏取５@類電池的穩(wěn)定性一直很差。”
 
       而穩(wěn)定性差的原因，他進(jìn)一步解釋稱，就是被稱為枝晶的微小針狀突起，它們?cè)阡嚱饘訇?yáng)極的表面形成，會(huì)進(jìn)入液體電解質(zhì)并侵蝕電池的性能，常常導(dǎo)致電池短路或起火。
 
       因此，科學(xué)家們希望用固體電解質(zhì)代替含有揮發(fā)性溶劑的液體電解質(zhì)，從而避免這一問(wèn)題。最近，麻省理工學(xué)院（MIT）和澳大利亞迪肯大學(xué)（Deakin University）的研究小組已經(jīng)提出了一些有前景的潛在解決方案。而現(xiàn)在，MIT科學(xué)家們正在將一種類似于BLT三明治的組合投入到設(shè)計(jì)中。
 
       為了保護(hù)固態(tài)鋰金屬電池不受枝晶驅(qū)動(dòng)的破壞，該團(tuán)隊(duì)將電池分成不同的層，每層都有不同的穩(wěn)定性。它們位于作為“面包”的兩個(gè)電極之間，包括石墨涂層（生菜）、第一電解質(zhì)層（番茄）、第二電解質(zhì)層（培根），最后是又一層第一電解質(zhì)（又是番茄）。
       據(jù)悉，第一和第二這兩種電解質(zhì)的化學(xué)成分會(huì)略有不同，這使得第一種電解質(zhì)易于被枝晶穿透，但在鋰的作用下會(huì)更穩(wěn)定，第二種電解質(zhì)在鋰作用下不太穩(wěn)定，但對(duì)枝晶“免疫”。通過(guò)這種方式，電池不會(huì)阻止樹(shù)枝狀晶的形成，但能夠安全地控制和遏制它，并被三明治的“培根”層擋住。
 
       該研究報(bào)告的共同作者Luhan Ye表示，“我們?yōu)榱朔�(wěn)定電池而納入不穩(wěn)定性的策略看上去是反直覺(jué)的，但就像一個(gè)錨栓可以引導(dǎo)和控制進(jìn)入墻壁的螺栓一樣，我們的多層設(shè)計(jì)也可以引導(dǎo)和控制樹(shù)突的生長(zhǎng)。”
 
       此外，電池還可以通過(guò)回填枝晶產(chǎn)生的間隙來(lái)自我修復(fù)。在測(cè)試中，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，該電池在1萬(wàn)次循環(huán)后仍能保持82%的容量，并展示了有朝一日可以讓電動(dòng)汽車(chē)在10至20分鐘內(nèi)充電的電流密度。
 
       研究人員表示，“這一概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)表明，鋰金屬固態(tài)電池可以與商用鋰離子電池競(jìng)爭(zhēng)。我們多層設(shè)計(jì)的靈活性和多功能性使其有可能與電池行業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)程序兼容。將其推廣到商業(yè)電池并不容易，仍存在一些實(shí)際挑戰(zhàn)，但我們相信它們將被克服。”
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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