加州大學(xué)戴維斯分校化學(xué)工程系萬建迪副教授的團隊在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表了一篇新論文，提出了一種可充電鋰金屬電池中樹突生長的潛在解決方案。在這篇論文中，Wan的團隊證明了在陰極附近流動的離子有可能提高下一代可充電電池的安全性和使用壽命。

金屬鋰電池使用金屬鋰作為陽極。這些電池有很高的電荷密度，潛在的能量是傳統(tǒng)鋰離子電池的兩倍，但安全性是一個大問題。當(dāng)它們充電時，一些離子在陰極表面被還原成金屬鋰，并形成不規(guī)則的樹狀微結(jié)構(gòu)--樹突，最終可能導(dǎo)致短路甚至爆炸。

其理論是鋰離子在陰極表面附近的傳質(zhì)速率和還原速率的競爭導(dǎo)致了枝晶的生長。當(dāng)離子的還原速率比質(zhì)量傳遞快得多時，它就會在陰極附近產(chǎn)生一種稱為空間帶電層的電中性間隙，該間隙中不含離子。該層的不穩(wěn)定性被認(rèn)為會導(dǎo)致枝晶的生長，因此減少或消除它可能會減少枝晶的生長，從而延長電池的壽命。

枝晶生長減少99%

Wan的想法是讓離子通過一個微流控通道通過陰極來恢復(fù)電荷并抵消這個間隙。在論文中，該團隊概述了他們的概念驗證測試，發(fā)現(xiàn)這種離子流動可以減少枝晶生長高達(dá)99%。

對于Wan來說，這項研究令人興奮，因為它顯示了微流體應(yīng)用于電池相關(guān)問題的有效性，并為該領(lǐng)域的未來研究鋪平了道路。

“通過這項基礎(chǔ)研究和微流體方法，我們能夠定量地了解流動對枝晶生長的影響，”他說。“還沒有很多團體對此進(jìn)行過研究。”

雖然不太可能直接將微流體整合到真正的電池中，但Wan的團隊正在尋找替代方法，應(yīng)用這項研究的基本原理，在陰極表面附近引入局部流動，以補償陽離子，消除空間電荷層。

他說:“我們很高興能探索這項研究的新應(yīng)用。”“我們已經(jīng)開始設(shè)計陰極表面來引入對流。”