研究人員發現可調整充電過程讓鋰元素“死而復生”

2021-12-23 15:03:48來源：cnBeta.COM 關鍵詞：鋰電池鋰閱讀量：22980

導讀：科學家們已經瞄準了在電池壽命中積累的不活躍的鋰塊，另外他們還展示了如何讓它們恢復活力以提高設備的性能。

　　科學家們已經瞄準了在電池壽命中積累的不活躍的鋰塊，另外他們還展示了如何讓它們恢復活力以提高設備的性能。研究人員指出，這可以通過調整充電過程來實現，并且這種方法可能不僅僅有利于今天的電池還能促進密度更大的下一代電池的設計。

　　這一突破來自于美國能源部SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的一個科學家團隊，他們專注于所謂的非活性鋰島。這些鋰島是在電池循環過程中形成的，鋰離子在兩個電極之間來回移動，其中一些在這一過程中失敗、變得不具電化學活性并形成團塊，這就導致了設備壽命中存儲容量的下降甚至可能出現更糟糕的結果。

　　“我一直認為孤立的鋰是不好的，因為它會導致電池腐爛甚至起火，”領導這項研究的斯坦福大學教授Yi Cui指出，“但我們已經發現了如何用電將這種‘死’的鋰跟負極重新連接起來以重新激活它。”

　　這一發現源自于Cui的懷疑，即用電壓瞄準孤立的鋰島可以撼動它們的行動并使它們在電極之間物理移動。為了測試這一理論，科學家們建立了一個“光學”測試電池以允許在設備充電時對孤立的鋰島進行實時觀察。

　　這個實驗表明，鋰島實際上并沒有“死”，其會通過在充電時慢慢向一個電極爬行及在放電時慢慢向另一個電極爬行對電池的運行做出反應。

　　Cui介紹道：“它就像一條非常緩慢的蠕蟲，它的頭向前移動并將其尾巴拉進，逐個納米地移動。在這種情況下，它通過在一端溶解并將材料沉積到另一端來進行運輸。如果我們能保持鋰蟲的移動，它最終會接觸到陽極(兩個電極中的一個)并重新建立電氣連接。”

　　為了實現這一目標，科學家們在其他測試電池中進行了后續實驗并使用計算機模擬來顯示--通過對充電過程的調整，分離的鋰實際上是可以被回收的。

　　“我們發現，在放電過程中，我們可以將分離的鋰向陽極移動，并且這些運動在更高的電流下更快，因此，我們在電池充電后立即增加了一個快速、高電流的放電步驟，這是的分離的鋰移動得足夠遠進而能跟陽極連接。這重新激活了鋰，所以它可以參與到電池的壽命中，”研究論文作者Fang Liu說道。

　　研究團隊表示，這一突破將測試電池的壽命提高了30%。另外，它還可能改進快速充電電池的設計或可充電電池的容量和壽命，進而能為電動汽車的續航或電子設備的電池壽命帶來提升。

　　此外，研究團隊還指出，孤立的鋰問題是鋰金屬電池的一個特殊問題，這種下一代設計有可能容納多達10倍的能量但在穩定性方面卻還需要繼續努力。整合新技術將可以幫助解決這一缺陷問題。“我們的發現對設計和開發更堅固的鋰金屬電池也有廣泛的影響，”Liu說道。

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