锂电池延长寿命的方法有那些？如何提升它的安全性能？
来源：未知
2019-07-15 09:55
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日前，亚利桑那州立大学（Arizona State University）的一项新研究发现，使用三维聚二甲基硅氧烷（PDMS）层作为电池中锂金属阳极的基体材料，能够有效地抑制锂枝晶的形成，从而大大地延长电池寿命，减少安全隐患。该研究于3月6日发表在最新的顶级期刊《自然·能源》（Nature Energy）上。
论文的首席研究员姜汉卿（Hanqing Jiang）教授说，这个发现对锂离子（lithium-ion）电池和锂空气（lithium-air）电池都有意义，并且对其他金属阳极电池也有很大的意义。因为几乎所有用作电池阳极的金属都会产生枝状晶体，比如，锌、钠和铝电池等。
他和研究团队并不是从材料或电化学的角度来解决这个问题的，而是从机械工程师的角度来寻找解决方案。他说，“已知的研究表明，微小的锡针或锡须（类似枝状晶体）在应力作用下会从锡金属的表面伸出，因此通过类比，我们研究了应力作为锂枝晶生长原因的可能性。”
在第一轮研究中，研究者在电池的阳极底部加了一层柔性PDMS，发现锂枝晶的生长有明显的减少。研究者的分析表明，金属锂电极中累积的应力被PDMS基底以褶皱变形的形式所释放，而这种枝晶减少的趋势与此应力释放直接相关。
“这是首次从实验上证明了残余应力在锂枝晶的形成中起着关键作用”，姜汉卿说。
除了研究锂枝晶的生长机制外，姜汉卿团队又进一步研究了如何利用这种现象（应力释放减少枝晶生长）来延长锂金属电池的寿命，同时还保持高能量密度。
研究者提出的方法是将PDMS基体做成具备很多表面的三维结构。“利用一块内部含有大量小孔的方糖作为模板，PDMS进入方糖内部的孔隙中，形成一个连续的网络状基底，再镀一层薄薄的铜层以传导电子。最后，再用锂金属充满这些孔隙。PDMS作为一种多孔的海绵状层，能够有效减轻应力并抑制枝晶生长”，。
一个多国联合研究团队近日设计出一种高性能的固态微型超级电容器，克服了以往电容器容量小或者充放电时间长的缺点。他们通过模仿自然叶片中的脉纹，利用其中的自然运输通道，设计出的电容器薄膜能够使离子高效地扩散到石墨烯层。他们采用石墨烯和铜氢氧化物的纳米纤维的混合物来制造薄膜，在获得满足要求厚度的薄膜后，加入酸性溶液将纳米纤维溶解掉，从而获得具有纳米通道的薄膜。在制造超级电容器时，该薄膜放置在塑料层上，随后再上面覆盖一层并排的金条纹，没有被金条纹覆盖的地方都被化学物质刻蚀掉，从而只剩下被金条纹覆盖的薄膜，随后在垂直于金条纹的方向加入金触点焊盘，同时在其余地方注入导电胶并凝固，从塑料层剥离后，就获得了新型的超级电容器。测试表明，该电容器的体积密度容量是目前电容器的十倍。该款电容器将有望应用于所有的便携式电子设备中。
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可以在夜晚进行太阳能储存的电池
德克萨斯大学阿灵顿分校的研究人员设计出一种新型电池，能够在阴天时储存大量的太阳能。研究人员设计出一种WO3/TiO2混合光电极，并利用该电极制造出新的全钒光电化学电池（PEC）。测试结果证实了利用该方法储存/释放太阳能的可行性，即便是在黑暗的环境中，并且钨青铜是从半导体中储存并且释放光生电子的主要原因。同时，研究人员也观察到电子储存和全钒电解质之间的协同作用，该作用能够大幅提升电池的充放电能力、储存电子的容量以及光电流。这项研究成果也许将改写我们储存太阳能的历史。这一研究成果发表在《ACS Catalysis》期刊上。
