超强电池更安全 更高效

从智能手机到电动汽车，今天的许多技术都采用锂离子电池。这意味着消费者必须随身携带充电器。iPhone X电池仅持续21小时的通话时间，而特斯拉的S型号具有335英里的续航时间 - 这意味着你可以期望从特拉华州的纽瓦克到罗德岛的普罗维登斯，但不是一直到波士顿。 ，一次充电。

世界各地的科学家 - 包括他自己的锂离子电池的发明者John Goodenough--都在寻找使充电电池更安全，更轻巧，更强大的方法。

现在，由特拉华大学机械工程教授，燃料电池和电池中心主任Bingqing Wei领导的国际研究团队正在开展工作，为更广泛使用锂金属电池奠定基础。这将比当今消费电子产品中常用的锂离子电池具有更大的容量。该团队开发了一种减轻锂金属电池中枝晶形成的方法，他们在Nano Letters上发表的一篇论文中对此进行了描述。

锂金属电池的承诺(和陷阱)

在锂离子电池中，阳极或电流产生侧由诸如石墨的材料制成，锂离子与其结合。锂离子流向阴极或电流收集侧。

在锂金属电池中，阳极由锂金属制成。电子从阳极流到阴极以发电。由锂金属制成的可充电电池具有很大的前景，因为锂是最具电正性的金属并且具有非常高的容量。

“从理论上讲，锂金属是电池的最佳选择之一，但在实践中很难处理，”魏说。

到目前为止，锂金属电池效率低，不稳定，甚至火灾。它们的性能受到锂枝晶的阻碍，这些树枝看起来像是由锂沉积物制成的小石笋。当使用电池时，锂离子聚集在阳极上。随着时间的推移，锂沉积物变得不均匀，导致这些枝晶的形成，这可能导致电池短路。

一种新的理解

世界各地的研究小组已经尝试了各种技术来抑制这些树突的形成和生长。在研究了文献之后，Wei发现几乎所有应用的技术都可以在伞下理解：在系统中引入一层多孔材料可以阻止枝晶在阳极上聚集。

研究小组利用数学模型发现，多孔材料抑制了树突的起始和生长。形成的树突比缺少多孔膜的系统中形成的树枝短75%。为了进一步证明这一发现，该团队制造了一个由多孔氮化硅细线制成的薄膜，每根薄膜的测量值不到百万分之一米。然后，他们将这种膜整合到电池中的锂金属电池中并运行3000小时。没有树突生长。

“这种基本的理解可能不仅限于我们使用的氮化硅，”Wei说。“其他多孔结构也可能这样做。”

更重要的是，这一原则也可能延伸到其他电池系统，如锌基或钾基电池，他说。

“在这个金属电池领域，这是最新的理解，”他说。“这是一种可能产生重大影响的工作。”