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充電就能拯救“失活鋰”？美科學(xué)家解鎖下一代電池設(shè)計(jì)
時(shí)間:2021-12-25 14:02來(lái)源:財(cái)聯(lián)社 作者:綜合報(bào)道
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科學(xué)家們已經(jīng)將研究目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)了電池在使用過(guò)程中累積的不活躍鋰塊，并展示了如何將它們恢復(fù)活性，以提高設(shè)備的性能。他們說(shuō)，這可以通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)整充電過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且這種方法可能不僅有利于今天的電池，而且可以解鎖更大密度的下一代電池設(shè)計(jì)。
這一突破來(lái)自于美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)的一組科學(xué)家，他們專注于研究他們所謂的非活性鋰部分。在電池循環(huán)過(guò)程中，鋰離子在兩個(gè)電極之間來(lái)回移動(dòng)，其中一些在循環(huán)過(guò)程中失敗，電化學(xué)變得不活躍，形成團(tuán)塊，導(dǎo)致設(shè)備的存儲(chǔ)容量下降，甚至可能出現(xiàn)更糟糕的結(jié)果。
“我一直認(rèn)為孤立的鋰是有害的，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致電池衰變，甚至著火，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的斯坦福大學(xué)Yi Cui教授說(shuō)：“但我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何將‘死亡的’鋰與負(fù)極連接起來(lái)，重新激活它。”
這一發(fā)現(xiàn)最早源于Cui的懷疑，即用電壓鎖定那部分非活性鋰可以使它們發(fā)生震動(dòng)，并使它們?cè)陔姌O之間物理移動(dòng)。為了驗(yàn)證這一理論，科學(xué)家們建造了一個(gè)“光學(xué)”測(cè)試電池，在設(shè)備充電時(shí)可以實(shí)時(shí)觀察非活性鋰的部分。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明那部分鋰實(shí)際上并不是“死的”，而是會(huì)對(duì)電池的運(yùn)行做出反應(yīng)，在充電時(shí)緩慢地向一個(gè)電極移動(dòng)，在放電時(shí)緩慢地向另一個(gè)電極移動(dòng)。
Cui說(shuō)，“這就像一只非常緩慢的蠕蟲(chóng)，頭向前一點(diǎn)，尾巴往里一點(diǎn)，一納米一納米地移動(dòng)。在這種情況下，它通過(guò)溶解一端并將物質(zhì)沉積到另一端來(lái)運(yùn)輸。如果我們能讓鋰蠕蟲(chóng)保持移動(dòng)，它最終會(huì)接觸到陽(yáng)極，并重新建立電氣連接。”
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，科學(xué)家們?cè)谄渌麥y(cè)試電池中進(jìn)行了后續(xù)實(shí)驗(yàn)，并利用計(jì)算機(jī)模擬表明，通過(guò)調(diào)整充電過(guò)程，那部分失活的鋰實(shí)際上可以回收。這項(xiàng)研究成果已于近期發(fā)表在了《自然》雜志上。
“我們發(fā)現(xiàn)，在放電過(guò)程中，我們可以將失活的鋰向陽(yáng)極移動(dòng)，在更高的電流下，這些運(yùn)動(dòng)更快，”論文研究作者Fang Liu說(shuō)，“所以我們?cè)陔姵爻潆姾笤黾恿艘粋�(gè)快速的大電流放電步驟，將失活的鋰移動(dòng)到足夠遠(yuǎn)的地方，重新連接到陽(yáng)極上。這樣就可以重新激活鋰離子電池，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命。”
據(jù)研究小組稱，這一突破將測(cè)試電池的使用壽命延長(zhǎng)了30%。它還可以改進(jìn)快速充電電池的設(shè)計(jì)，或提高當(dāng)今可充電電池的容量和壽命，進(jìn)而提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程或電子設(shè)備的電池壽命。
科學(xué)家們還指出，這一解決方案或許對(duì)鋰金屬電池來(lái)說(shuō)也是一根“救命稻草”。鋰金屬電池是一種新一代的設(shè)計(jì)，可以儲(chǔ)存10倍以上的能量，但在穩(wěn)定性方面卻存在問(wèn)題。集成這項(xiàng)新技術(shù)可以幫助解決這一缺陷。
“我們的發(fā)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)更堅(jiān)固的鋰金屬電池也有廣泛的啟示，”Liu補(bǔ)充說(shuō)。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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