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锂金属电池在概念上类似于锂离子电池,但依赖于锂金属阳极。在放电过程中,锂金属阳极通过外部电路向阴极提供电子。然而,在充电时,锂金属会沉积在阳极上。正是在这个过程中,不受欢迎的树突才能形成。
这就是隔膜发挥作用的地方。薄的隔膜由超薄(10nm)的石墨制炔成,(石墨炔是由丁二烯键连接的二维单层碳原子六角形),具有一些显著的特性。石墨炔不仅同时具有柔韧性和坚固性,其化学结构形成了一个均匀的多孔网格,只允许一个锂离子通过每个孔。这调节了离子通过薄膜的运动,使得离子的扩散高度均匀。对于电池而言重要的是,该膜的这种特征有效地抑制了锂枝晶的生长。
“抑制锂枝晶可以稳定固体电解质中间相,从而提高装置的寿命和库仑效率,”中国科学院化学研究所的李玉良解释说。“它可以避免树枝状的锂枝晶引发短路,从而提高电池的安全性。”
研究人员认为,石墨炔薄膜可以克服锂和其他碱金属电池长期以来所面临的例如锂枝晶等棘手的问题。
“石墨炔是一种完美的材料,具有超级共轭结构,固有带隙,天然大孔结构和半导体特性,这为解决该领域的重大科学问题提出了巨大的希望。”Li说。
这种二维材料也很简单,并且在正常的实验室条件下易于生产。
“尽管需要更多努力来提高大规模石墨炔膜的质量,但我们认为石墨炔可能会在锂电池的安全性方面带来一些重大突破。”Li说。
原文来自:materialstoday,原文题目:Carbon layer makes lithium-metal batteries safer,由材料科技在线团队编译
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近日,中国科学技术大学姚宏斌课题组、李震宇课题组与浙江工业大学陶新永课题组合作,设计开发出镧系金属卤化物基固态电解质新家族LixMyLnzCl3(Ln为镧系金属元素,M为非镧系金属元素)。实现无任何电极修饰且室温可运行的全固态锂金属电池。相关研究成果于4月5日发表在Nature杂志上。
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开发能量密度高、安全性能好的锂金属电池体系具有重要意义。相比于传统嵌入反应型电池,锂-氟化铁转换反应型电池在质量和体积能量密度上具有2-3倍的优势(例如,相比于Li-LiCoO2的350Wh/kg,Li-FeF3的850Wh/kg),可以满足下一代移动电源对超长续航能力和便携性的要求。然而,该电池体系通常会遭受正极
近日,美克生能源锂枝晶生长模拟正式成功,这是美克生能源继锂电池电化学硬件求解器跑通后的又一重大科研突破,也是全球首次将锂枝晶生长模拟应用于商用锂电池管理系统。电化学储能技术日益成熟,然而锂枝晶的生长模拟始终是行业的一大痛点。锂枝晶是如何产生的?锂枝晶的生长对锂电池有什么影响?为什
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记者15日获悉,军事科学院、北京大学等单位联合研究团队合成了一种完美的单层石墨烯电极,并揭示锂原子以其为基底材料进行电沉积的行为,填补了金属锂在碳原子晶格上异相成核的基础研究空白,为破解锂电池产业化遭遇的锂枝晶等难题提供理论基础。相关论文近日在线发表在《储能材料》(Energystoragemate
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