糖或許是人類健康殺手，但它如今也被科學家用來當作防止鋰金屬電池陽極枝晶生成的基底材料，為下一代高能量密度候選代表鋰金屬電池的主要障礙提出了解決方法。

科學家已經注意到，鋰電池中的枝晶(dendrites)與出現在金屬中的晶須相似。枝晶是由于電池電極表面鋰沉積不均勻而形成，會造成電池容量損失、充放電效率降低、短路等問題；晶須(whisker)則是出現在電子元件中的一種現象，20世紀初真空管時期，科學家用純錫或接近純錫的合金作為焊料，而在有焊料的焊點上會長出晶須造成短點。

最重要的是，研究合著者/萊斯大學材料科學與納米工程助理教授Ming Tang說，科學家知道晶須在有壓應力(compressive stress)的情形下出現，卻對電池循環過程中鋰金屬鍍層也會引起壓應力的機制不甚理解，而壓應力與鋰電池陽極的樹突形成脫不了關系。雖然晶須像直線，枝晶更蜿蜒些，但兩者形成機制是相似的。

基于這種理解，研究人員首先模擬在平面電鍍軟金屬期間產生的壓應力，以顯示鋰枝晶如何生長，實驗表明，將鋰金屬涂覆在平坦基底上會使鋰無處可去，于是它改以枝晶形式出現。

與錫相比，鋰的熔點更低(180.5°C)，也就是說鋰原子在室溫下更具流動性，如果有壓力，原子更樂意移動，這就是為什么我們可以在數小時甚至幾分鐘內就看到樹突形成的原因。

為了解決這項問題，團隊找出一種能幫助抑制鋰枝晶生成的技術，糖就在這里發揮角色功能。研究人員將糖塊與一種液態硅膠聚二甲基矽氧烷(PDMS)一起注入基底，然后將糖溶解，留下只剩軟硅膠的三維多孔結構，就像一塊可能會塌陷變形的海綿，接著覆蓋一層薄銅層以傳導電子，最后用鋰金屬填充空洞。(Source：萊斯大學)

團隊于這種基底上測試，發現枝晶生長顯著減少，這是因為糖溶解后，像“皺紋”的基底緩解了鋰金屬內部累積的壓應力，電池測試也擁有200次循環后仍接近98％的庫侖效率。研究目前還在持續進行，團隊將對電池進行些許調整，以了解這種技術的電池是否能趕上商用門檻。論文發布在《自然-能源(nature energy)》期刊。

Sugar cubes solve big problem with lithium metal batteries

Lithium-related discovery could extend battery life,improve safety

返回第一電動網首頁 >