研究發現添加鉀離子可防止金屬鋰電池枝晶的形成

2020-12-06 騰訊網

導讀：哥倫比亞工程公司的研究人員發現鹼金屬添加劑，如鉀離子，可以防止電池使用過程中的鋰微結構生成。

電動汽車現在已經取得了長足的發展，各項性能指標也在不斷獲得突破，不過其目前也還存在一些局限性，比如電池，電池的能量密度決定了電動汽車的行駛裡程，提高電池的能量密度才能在行駛裡程上獲得突破。當然，這是電池行業共同面臨的問題，不光影響電動汽車，對儲能也是一樣，比如現在還沒有哪種電池可以長時間提供電能滿足家庭一晚上的用電。

雖然現在也出現了一種新型的金屬鋰電池，具有輕質、長效和低成本的特性，但也還是存在一些問題阻礙了其商業化。一個主要的問題是，鋰金屬陽極在電池使用過程中，極易生長出樹枝狀的微結構，也就是枝晶，這些微結構會導致短路、起火甚至爆炸。

哥倫比亞工程公司的研究人員發現鹼金屬添加劑，如鉀離子，可以防止電池使用過程中的鋰微結構生成。他們利用顯微鏡、核磁共振和計算模型的結合，發現在傳統鋰電池電解液中加入少量的鉀鹽，會在鋰/電解液界面產生獨特的化學反應。該研究在線發表在Cell Reports Physical Science上。

"具體來說，我們發現鉀離子可以緩解沉積在金屬鋰表面的不良化合物的形成，並在電池充放電過程中阻止鋰離子傳輸，最終限制微觀結構的生長，"該團隊的化學工程助理教授Lauren Marbella說。

她的團隊發現鹼金屬添加劑可以抑制金屬鋰表面非導電化合物的生長，這與傳統的電解質操作方法不同，傳統的電解質操作方法側重於在金屬表面沉積導電聚合物。該工作是首次利用核磁共振對金屬鋰表面化學性質進行深入表徵，並展示了該技術在設計金屬鋰新電解質方面的潛力。Marbella的結果與卡內基梅隆大學機械工程Viswanathan小組的合作者進行的密度函數理論（DFT）計算相輔相成。

該團隊現在正在測試阻止有害表面層形成的鹼金屬添加劑與促進金屬鋰上導電層生長的更傳統的添加劑相結合。他們還在積極使用NMR來直接測量鋰通過該層的傳輸速率。

這項研究的題目是《Leveraging Cation Identity to Engineer Solid Electrolyte Interphases for Rechargeable Lithium Metal Anodes》。

（來源：科技報告與資訊）

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