科学家以糖为阳极基底 发现可减少锂电池枝晶形成

糖可能是人类健康的杀手，但它也被科学家用来防止锂金属电池中阳极枝晶的形成，这为下一代代表锂金属电池的高能量密度候选者提供了主要障碍的解决方案。科学家们注意到，锂电池中的枝晶与金属中出现的晶须相似。树枝状物是由于锂在电池电极表面沉积不均匀而形成的，会造成电池容量损失、充放电效率低、短路等问题。晶须是一种出现在电子元件中的现象。在20世纪初的真空管时期，科学家们使用纯锡或接近纯锡的合金作为焊料，但焊点上会生长出晶须，导致焊点短路。最重要的是，该研究的合著者、莱斯大学材料科学与纳米工程助理教授唐明表示，科学家们知道晶须在压缩应力下出现，但他们不了解锂金属涂层在电池循环过程中也会引起压缩应力的机制，并且压缩应力与锂电池阳极的枝晶形成是分不开的。虽然晶须像直线，枝晶更曲折，但它们的形成机制是相似的。基于这一认识，研究人员首先模拟了软金属平板电镀过程中产生的压缩应力，以展示锂枝晶是如何生长的。实验表明，将锂金属涂覆在平坦的基底上会使锂无处可去，因此它会以树枝状出现。与锡相比，锂的熔点更低（180.5°C），这意味着锂原子在室温下更具流动性，如果有压力，原子更愿意移动，这就是为什么我们可以在数小时甚至数分钟内看到枝晶的形成。为了解决这个问题，该团队发现了一种有助于抑制锂枝晶形成的技术，而糖在其中发挥了作用。研究人员将糖块与液体硅胶聚二甲基硅氧烷（PDMS）一起注射到基底中，然后溶解糖，只留下柔软硅胶的三维多孔结构，就像海绵一样，可能会塌陷变形，然后在其上覆盖一层薄铜层以传导电子，最后用锂金属填充孔。该团队（来源：莱斯大学）在这种基质上进行了测试，发现树突生长显著减少。这是因为在糖溶解后，基底状的“褶皱”缓解了锂金属内部累积的压缩应力，电池测试在200次循环后也具有接近98%的库仑效率。研究仍在进行中，团队将对电池进行一些调整，看看采用该技术的电池能否赶上商业门槛。这篇论文发表在《自然能源》杂志上。方糖解决了锂金属电池的大问题锂相关发现可以延长电池寿命，提高安全性糖可能是人类健康的杀手，但科学家也使用它来防止锂金属电池中阳极枝晶的形成，这为代表锂金属电池的下一代高能量密度候选者提供了主要障碍的解决方案。科学家们注意到，锂电池中的枝晶与金属中出现的晶须相似。树枝状物是由于锂在电池电极表面沉积不均匀而形成的，会造成电池容量损失、充放电效率低、短路等问题。晶须是一种出现在电子元件中的现象。在20世纪初的真空管时期，科学家们使用纯锡或接近纯锡的合金作为焊料，但焊点上会生长出晶须，导致焊点短路。最重要的是，该研究的合著者、莱斯大学材料科学与纳米工程助理教授唐明表示，科学家们知道晶须在压缩应力下出现，但他们不了解锂金属涂层在电池循环过程中也会引起压缩应力的机制，并且压缩应力与锂电池阳极的枝晶形成是分不开的。虽然晶须像直线，枝晶更曲折，但它们的形成机制是相似的。基于这一认识，研究人员首先模拟了软金属平板电镀过程中产生的压缩应力，以展示锂枝晶是如何生长的。实验表明，将锂金属涂覆在平坦的基底上会使锂无处可去，因此它会以树枝状出现。相比之下……

锡，锂的熔点更低（180.5°C），这意味着锂原子在室温下更具流动性，如果有压力，原子更愿意移动，这就是为什么我们可以在数小时甚至数分钟内看到枝晶的形成。为了解决这个问题，该团队发现了一种有助于抑制锂枝晶形成的技术，而糖在其中发挥了作用。研究人员将糖块与液体硅胶聚二甲基硅氧烷（PDMS）一起注射到基底中，然后溶解糖，只留下柔软硅胶的三维多孔结构，就像海绵一样，可能会塌陷变形，然后在其上覆盖一层薄铜层以传导电子，最后用锂金属填充孔。该团队（来源：莱斯大学）在这种基质上进行了测试，发现树突生长显著减少。这是因为在糖溶解后，基底状的“褶皱”缓解了锂金属内部累积的压缩应力，电池测试在200次循环后也具有接近98%的库仑效率。研究仍在进行中，团队将对电池进行一些调整，看看采用该技术的电池能否赶上商业门槛。这篇论文发表在《自然能源》杂志上。方糖解决了锂金属电池的大问题锂相关发现可以延长电池寿命，提高安全性

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