Оптимальное давление для повышения производительности литий-металлических батарей


Группа ученых-материаловедов и химиков определила надлежащее давление в дымовой трубе, которому литий-металлические батареи или LMB должны подвергаться во время работы от батареи, чтобы обеспечить оптимальную производительность.

Команда, в которую входят исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Университета штата Мичиган, Национальной лаборатории Айдахо и Центра исследований и разработок General Motors, представляет свои выводы в выпуске журнала от 18 октября. Энергия Природы.

Использование металлического лития для замены графита для анодов аккумуляторных батарей является конечной целью для части области исследований и разработок аккумуляторных батарей; Эти литий-металлические батареи (LMB) могут удвоить емкость, по сравнению с лучшими современными литий-ионными технологиями. Например, электромобили, работающие на литий-металлических батареях, будут иметь вдвое больший запас хода, чем автомобили с литий-ионными батареями, при том же весе батареи.

Несмотря на это преимущество перед литий-ионными батареями, LMB не считаются жизнеспособным вариантом для питания электромобилей или электроники из-за их короткого срока службы и потенциальных угроз безопасности, в частности коротких замыканий, вызванных ростом дендритов лития. Исследователи и заметили, что подвергание LMB давлению во время циклического переключения батарей увеличивает и стабильность, помогая решить эту проблему, связанную с продолжительностью жизни. Но причины этого до конца не выяснены.


«Мы не только ответили на этот научный вопрос, но и определили необходимое оптимальное давление», – сказала Ширли Мэн, профессор кафедры наноинжиниринга Калифорнийского университета в Сан-Диего и старший автор статьи. «Мы также предложили новые протоколы тестирования для максимальной производительности LMB».

в Энергия Природы Исследователи использовали несколько методов описания и визуализации для изучения морфологии LMB и количественной оценки производительности, когда батареи подвергались разному давлению.

Они обнаружили, что более высокие уровни давления заставляют частицы лития осаждаться в аккуратных колоннах без каких-либо пористых пространств между ними. Давление, необходимое для достижения этого результата, составляет 350 килопаскалей (примерно 3,5 атмосферы). Напротив, батареи, подвергающиеся более низкому давлению, являются пористыми, и частицы лития осаждаются беспорядочно, оставляя место для роста дендритов.

Исследователи также показали, что этот процесс не влияет на межфазную структуру твердых электролитов (SEI) электролитов аккумуляторов.

Но производственные мощности для LMB должны быть переоборудованы для применения этой новой технологии.