研究人員發明可通過磁力攪拌的電解液使電池不產生枝晶
下一代電池可能有多種形式,但科學家們寄予厚望的一種設計涉及到鋰金屬的使用。這種材料出色的能量密度可以使電池為智能手機提供連續數天的動力,通過設計一種可由外部磁場控制的新電解質,韓國的科學家們已經使其離現實更近了一些。
鋰金屬電池是一種將看到這種材料部署在今天的鋰離子電池的陽極中,以取代石墨和銅。這可以使陽極更小、更輕,具有更高的能量密度,這可以使智能手機每週需要的充電次數大大減少,或使電動汽車每次充電都能行駛更遠。
但是,研究人員繼續遇到的一個問題是,陽極上長出了被稱為樹枝狀的觸角狀突起(枝晶),這些突起會迅速導致電池失效。解決這個問題可以說是八仙過海,研究人員並不缺乏潛在的解決方案,而現在大邱慶北科技學院的一個團隊已經把另一個聰明的想法扔進了這個組合。
科學家們通過重新設想在電池的另一個電極–陽極和陰極之間攜帶離子的電解質溶液來解決這個問題。他們通過改進離子在這一介質中的傳輸方式,旨在使這一過程更快、更均勻,從而將任何可能出現的枝晶扼殺在萌芽狀態中。
研究小組在電解質溶液中加入了磁性納米顆粒,這使得它對磁場有反應,並使其能夠被攪拌,從而將靜態的電解質變成動態的。這樣做的結果是快速而均勻地播撒鋰核,防止樹枝狀結晶的形成。在一個概念性的電池系統中,該團隊能夠在高充電率和穩定的循環中證明這一點。
插圖描述了概念性電池系統中的磁力攪拌電解質圖像來源/大邱慶北科技學院
根據這些早期結果,該團隊認為其技術可用於大幅提高鋰金屬電池的可靠性和壽命,並指出它在應用於其他電解質時也能產生同樣的效果。
“這是一個新概念的電解質系統,可以通過磁性納米顆粒創造出一種以前從未嘗試過的動態電解質,並改變電解質研究的模式,”研究作者Lee Hong-kyung教授說。”它可以立即應用於使用液體電解質的各種電化學系統”。
這項研究發表在《先進功能材料》雜誌上。