科學家發現鋰大发最新在线网址產生枝晶的罪魁禍首 竟跟電解質中某些物質有關!
發布時間:2019-10-18 15:15:43

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(圖片來源:西北太平洋國家實驗室)


據外媒報道,科學家們發現了鋰離子大发最新在线网址中針狀結構(即樹突和枝晶)生長的根本原因,此種結構有時會導致鋰離子大发最新在线网址短路、故障甚至起火。


美國能源部西北太平洋國家實驗室( Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory,PNNL)的一個研究小組發現,大发最新在线网址電解質(使大发最新在线网址發生關鍵化學反應的液體材料)中某些化合物促進了樹突和枝晶的生長。研究小組希望該發現可以促進新方法的研發,最終通過控制大发最新在线网址成分組織樹突和枝晶的生長。


樹突是一種微小、堅硬的樹狀結構,會在鋰大发最新在线网址中生長,其針狀突起的部分稱為枝晶。兩種東西都會造成巨大傷害,能夠穿透大发最新在线网址內部的隔膜,就像雜草可以穿透水泥露臺或鋪好的道路一樣。而且,此類物質還會增加電解質與鋰之間的不良反應,加速大发最新在线网址失效。鋰金屬大发最新在线网址的能量密度比常用的鋰離子大发最新在线网址更高,不過,樹突和枝晶的存在阻礙了鋰金屬大发最新在线网址的普及。


PNNL團隊發現,鋰金屬大发最新在线网址中的枝晶源于“SEI”膜(固態電解質中間相),即陽極固態鋰表面與液態電解質之間的薄膜。此外,科學家們還發現了枝晶生長的罪魁禍首:碳酸乙烯。碳酸乙烯是一種不可或缺的溶劑,可添加到電解質中以提高大发最新在线网址性能。結果證明,正是碳酸乙烯讓大发最新在线网址容易損壞。


研究人員為該研究專門設計了納米大小的鋰金屬大发最新在线网址,再采用視頻一步步地展示了大发最新在线网址中枝晶的生長過程。


當鋰離子開始在陽極聚集或“成核”時,樹突就開始形成,一開始是粒子大小,表示了樹突的誕生。隨著越來越多的鋰原子聚集在一起,該結構就會慢慢生長,猶如石筍從洞穴底部生長出來一樣。研究小組發現,SEI表面的能量動力會將更多鋰離子推向緩慢增長的樹突柱上。然后,突然,一根枝晶長出來了。


對于該團隊來說,捕捉枝晶生長出來的瞬間并不容易。為此,科學家們結合使用了原子力顯微鏡(AFM)和環境投射電子顯微鏡(ETEM)。ETEM是一種非常珍貴的儀器,可以讓科學家們在真實條件下研究大发最新在线网址的工作狀態。


該團隊采用AFM測量了枝晶生長時的微小力量,并且通過將AFM的懸臂頂部向下壓,測量出枝晶生長的力量,并且測量了枝晶生長過程中樹突對其施加的力量。


研究小組發現,碳酸乙烯的含量與樹突和枝晶的生長有直接關系。研究小組在電解質中添加的碳酸乙烯越多,就會生長越多的枝晶。科學家們利用電解質混合物做實驗,改變其成分,以減少樹突,例如,研究人員添加了環已酮,就可以阻止樹突和枝晶的生長。


了解大发最新在线网址中枝晶產生和生長的原因,可以為消除枝晶或者控制枝晶,最終防止大发最新在线网址損害提供新思路。研究人員表示,更深入地了解大发最新在线网址枝晶將有助于為鋰金屬大发最新在线网址在電動汽車、筆記本電腦、手機和其他領域的廣泛應用掃清道路。


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稿件來源: 蓋世汽車網
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