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新的电池涂层可以改善智能手机和电动汽车

导读 高性能锂离子电池是笔记本电脑,智能手机和电动汽车的关键组成部分。目前,锂离子电池的阳极或负电荷侧通常由石墨或其他碳基材料制成。

高性能锂离子电池是笔记本电脑,智能手机和电动汽车的关键组成部分。目前,锂离子电池的阳极或负电荷侧通常由石墨或其他碳基材料制成。

但是,碳基材料的性能受到限制,因为重量和能量密度是可以存储在给定空间中的能量的量。因此,许多研究都集中在锂金属阳极上。

锂金属阳极的成功将实现许多电池技术,包括锂金属和锂空气,这可能会使当今最好的锂离子电池的容量增加5到10倍。这意味着电动汽车和智能手机电池的续航时间将增加5至10倍,持续时间将延长5到10倍。锂金属阳极也更轻,更便宜。

用金属制成的锂离子电池的问题在于,在充电循环期间,它们不受控制地生长树枝状晶体,枝状晶体是看起来像树芽的微观纤维。树枝状结构降低了电池的性能并且还存在安全问题,因为它们可能使电池短路并且在某些情况下着火。

加州大学河滨分校的一组研究人员在解决40多年前的树突问题方面取得了重大进展。他们的研究结果刚刚发表在“ 材料化学 ”杂志上。

该团队发现,通过使用称为甲基紫精的有机化合物涂覆电池,与使用锂金属阳极的现有标准电解质相比,它们能够稳定电池性能,消除枝晶生长并使电池寿命延长三倍以上。

“这有可能改变未来,”该论文的第一作者,加州大学河滨分校的化学兼职副教授赵超说。“它成本低,易于操作,并与目前的锂离子电池行业兼容。”

研究人员设计了一种新策略,以形成稳定的涂层,以提高锂金属阳极的寿命。他们使用甲基紫精,由于其在还原时能够改变颜色,因此已经用于其他应用。

研究人员使用的甲基紫精分子可以以带电状态溶解在电解质中。一旦分子与锂金属相遇,它们立即被还原,在金属电极顶部形成稳定的涂层。

通过仅向电解质中添加0.5%的紫精,循环寿命可以增加三倍。此外,甲基紫精的成本非常低,并且可以容易地按比例放大。

研究人员通过添加甲基紫精来实现锂金属阳极的稳定运行,可以开发下一代高容量电池,包括锂金属电池和锂空气电池。

王警告说,虽然涂层可以改善电池性能,但它不是防止电池着火的方法。