新設(shè)計(jì)讓W(xué)orkhorse鋰電池更加強(qiáng)大

康奈爾大學(xué)化學(xué)工程系教授Lynden Archer認(rèn)為，電池技術(shù)需要“革命 - 并且認(rèn)為他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開了第一槍。

“我們現(xiàn)在所擁有的[鋰離子電池技術(shù)]實(shí)際上是在其能力的極限，”阿切爾說。“鋰離子電池已經(jīng)成為推動(dòng)新電子技術(shù)發(fā)展的主力，其理論存儲(chǔ)容量超過90%。小型工程調(diào)整可能會(huì)帶來更好的電池和更多存儲(chǔ)空間，但這不是一個(gè)長(zhǎng)期的解決方案“。

“你需要一種激進(jìn)的思維方式改變，”他說，“這意味著你必須從頭開始。”

Snehashis“Sne”Choudhury，Ph.D。'18，提出了Archer所說的“優(yōu)雅”解決方案，解決了使用能量密集型金屬鋰陽(yáng)極的可充電電池的基本問題：有時(shí)由于樹枝狀晶體造成的災(zāi)難性不穩(wěn)定，樹枝狀晶體是從陽(yáng)極生長(zhǎng)的鋰刺。在充電和放電循環(huán)期間，離子來回穿過電解質(zhì)。

如果枝晶突破分離器并到達(dá)陰極，則可能發(fā)生短路和火災(zāi)。固體電解質(zhì)已經(jīng)顯示出機(jī)械地抑制枝晶生長(zhǎng)，但是以快速離子轉(zhuǎn)移為代價(jià)。Choudhury的解決方案：通過電解質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)限制枝晶生長(zhǎng)，這可以通過化學(xué)方式控制。

使用2015年推出的Archer集團(tuán)的反應(yīng)程序，他們采用“交聯(lián)毛狀納米粒子 - 二氧化硅納米粒子和功能化聚合物(聚環(huán)氧丙烷)的接枝 - 來制造多孔電解質(zhì)，有效延長(zhǎng)離子必須從陽(yáng)極到陰極和背面，大大增加了陽(yáng)極的壽命。

他們的論文“限制金屬在結(jié)構(gòu)電解質(zhì)中的電沉積”發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊上。Choudhury和Dylan Vu--一位崛起于化學(xué)工程專業(yè)的初級(jí)專業(yè)人士 - 是共同的第一作者。

Choudhury將前往斯坦福大學(xué)從事博士后工作，他還設(shè)計(jì)了一種直接可視化實(shí)驗(yàn)電池內(nèi)部工作方法。該小組用Choudhury的裝置證實(shí)了關(guān)于枝晶生長(zhǎng)的理論預(yù)測(cè)。

“這是我想要做的事情，我想，三位博士生的一生，”阿切爾說，自2000年以來一直在康奈爾大學(xué)，笑著說。“Sne能夠做的是設(shè)計(jì)一個(gè)能讓我們非常優(yōu)雅地觀察鋰金屬界面發(fā)生情況的細(xì)胞，讓我們現(xiàn)在能夠超越理論預(yù)測(cè)。”

阿徹說，這項(xiàng)工作的另一個(gè)新穎之處在于“推翻電池科學(xué)中的一些經(jīng)典”。長(zhǎng)期以來人們一直認(rèn)為，為了抑制枝晶生長(zhǎng)，電池內(nèi)部的隔膜必須比它試圖抑制的金屬?gòu)?qiáng)，但Choudhury的多孔聚合物隔膜 - 平均孔徑低于500納米 - 顯示出阻止了生長(zhǎng)。