利用电池内部自热效应 可消除锂电池阳极树突堆积

锂金属阳极电池的能量密度远高于石墨阳极的锂离子电池，但由于枝晶问题严重，无法大规模商业化。然而，科学家现在发现，如果在高电流密度下循环充电和放电增强了电池的自热效应，那么这一举措实际上可以“治愈”锂电池的树枝状结构。可充电锂离子电池是消费电子产品中使用的主要电池，越来越成为电动汽车和电网储能应用的首选。它的正极（阴极）是锂金属氧化物，负极（阳极）是石墨。然而，科学家们并没有放弃具有更高能量密度的锂金属电池，他们一直在不懈地努力寻找更强大的锂金属蓄电池的出路。美国伦斯勒理工学院的研究人员现在已经找到了一种利用电池内部热能将树突扩散到光滑层中的方法，或者正如研究负责人、材料科学与工程系教授Nikhil Koratkar所说，树突可以通过电池的自热效应“原位修复”。这篇论文发表在《科学》杂志上。我们知道，电池基本上由阴极、阳极、电解质和隔离膜组成，其中隔离膜位于两个电极之间，以防止电池因相互接触而短路；此外，由隔离膜填充电解质的孔隙是离子（带电原子）在电极之间穿梭的通道；隔离膜吸收的电解质越多，离子电导率就越高。当电池放电时，阳极上带正电的锂离子被传输到阴极发电；

当电池充电时，锂离子从阴极流回阳极。然而，在以锂金属为阳极的电池的重复充电和放电过程中，由于锂沉积不均匀，很容易在阳极表面形成枝晶。这些难以处理的沉积物最终会穿透分离器并接触阴极，导致电池短路，并有爆炸和火灾的风险。使用石墨作为阳极避免了锂枝晶的问题，这是目前最好的电池选择，但很快，它们可能无法跟上存储容量的需求。为了开发锂金属电池，研究人员提出的解决方案是利用电池的内部电阻加热来消除枝晶积累。电阻加热（也称为焦耳加热）是金属材料抵抗电流从而产生热量的过程。这种“自加热”效应可以通过充电和放电过程发生。因此，研究人员通过提高电池的电流密度（充放电速率）来增强自热效应，并发现这一过程可以使枝晶均匀平滑地扩散，达到“愈合”的效果，在锂硫电池的实验中也获得了同样的结果。因此，当不使用电池时，电池可以通过多次循环高速充电和放电来“自我修复”。这项研究听起来很有希望。加压充电可以使电池恢复活力，防止树枝晶引起的短路，确保电池更安全，具有高能量密度，但这能防止电池快速衰减吗？也许这个团队需要进一步研究。锂金属阳极电池的能量密度远高于石墨阳极的锂离子电池，但由于枝晶问题严重，无法大规模商业化。然而，科学家现在发现，如果在高电流密度下循环充电和放电增强了电池的自热效应，那么这一举措实际上可以“治愈”锂电池的树枝状结构。可充电锂离子电池是消费电子产品中使用的主要电池，越来越成为电动汽车和电网储能应用的首选。它的正极（阴极）是锂金属氧化物，负极（阳极）是石墨。然而，科学家们并没有放弃具有更高能量密度的锂金属电池，他们一直在不懈地努力寻找更强大的锂金属蓄电池的出路。美国伦斯勒理工学院的研究人员现在已经找到了一种利用电池内部热能将树突扩散到光滑层中的方法，或者正如研究负责人、材料科学与工程系教授Nikhil Koratkar所说，树突可以通过电池的自热效应“原位修复”。这篇论文发表在《科学》杂志上。我们知道，电池基本上由阴极、阳极、电解质和隔离膜组成，其中隔离膜位于两个电极之间，以防止电池因相互接触而短路；此外，由隔离膜填充电解质的孔隙是离子（带电原子）在电极之间穿梭的通道；隔离膜吸收的电解质越多，离子电导率就越高。当电池放电时，阳极上带正电的锂离子被传输到阴极发电；

当电池充电时，锂离子从阴极流回阳极。然而，在以锂金属为阳极的电池的重复充电和放电过程中，由于锂沉积不均匀，很容易在阳极表面形成枝晶。这些难以处理的沉积物最终会穿透分离器并接触阴极，导致电池短路，并有爆炸和火灾的风险。使用石墨作为阳极避免了锂枝晶的问题，这是目前最好的电池选择，但很快，它们可能无法跟上存储容量的需求。为了开发锂金属电池，研究人员提出的解决方案是利用电池的内部电阻加热来消除枝晶积累。电阻加热（也称为焦耳加热）是金属材料抵抗电流从而产生热量的过程。这种“自加热”效应可以通过充电和放电过程发生。因此，研究人员通过提高电池的电流密度（充放电速率）来增强自热效应，并发现这一过程可以使枝晶均匀平滑地扩散，达到“愈合”的效果，在锂硫电池的实验中也获得了同样的结果。因此，当不使用电池时，电池可以通过多次循环高速充电和放电来“自我修复”。这项研究听起来很有希望。加压充电可以使电池恢复活力，防止树枝晶引起的短路，确保电池更安全，具有高能量密度，但这能防止电池快速衰减吗？也许这个团队需要进一步研究。

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