新半導體技術降低車用鋰電池起火風險

時間:2021-06-21 11:16來源:科技日報  作者:張佳欣
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  盡管電動汽車發(fā)展迅速,但鋰離子電池的安全性仍然令人擔憂,其樹枝狀晶體具有多個分支,會導致電動汽車電池起火。據(jù)美國化學學會出版物官網(wǎng)近日消息,韓國研究人員已經(jīng)使用半導體技術來提高鋰離子電池的安全性。由儲能研究中心李仲基(音譯)博士領導的韓國科學技術研究所的研究小組,通過在鋰電極表面形成保護性半導體鈍化層,成功抑制了樹枝狀晶體的生長。
 
  當鋰離子電池充電時,鋰離子被輸送到陽極,并以鋰金屬的形式沉積在表面,形成樹狀結構。這些鋰枝晶導致了不可控的體積波動,并導致固體電極與液體電解質之間發(fā)生反應,從而引起火災。
 
  為了防止枝晶的形成,研究小組將富勒烯(一種高電子導電半導體材料)暴露在等離子體中,導致在鋰電極和電解質之間形成半導體鈍化碳質層。半導體鈍化碳質層允許鋰離子通過,同時由于肖特基勢壘的產(chǎn)生而阻擋電子,并阻止電子和離子在電極表面和內部相互作用,從而阻止鋰晶體的形成和枝晶的生長。
 
  使用鋰對稱電池在極端的電化學環(huán)境中測試了具有半導體鈍化碳化層的電極的穩(wěn)定性,其中典型的鋰電極在長達20次的充電/放電循環(huán)中保持穩(wěn)定;而新開發(fā)的電極穩(wěn)定性顯著增強,鋰樹枝晶生長在高達1200次的充放電循環(huán)中被抑制。此外,除了已開發(fā)的電極外,使用鈷酸鋰正極,在500次循環(huán)后保持了大約81%的初始電池容量,比傳統(tǒng)鋰電極提高了大約60%。
 
  李仲基說:“有效地抑制鋰電極上的樹枝晶生長有助于提高電池的安全性。這項研究中提出的開發(fā)高度安全的鋰金屬電極的技術,為開發(fā)不會造成火災風險的下一代電池提供了藍圖。”
 
  研究團隊的下一個目標是提高這項技術的商業(yè)可行性,“我們的目標是用更便宜的材料取代富勒烯,從而使半導體鈍化碳層的制造更具成本效益”。
 
(責任編輯:子蕊)
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