鉅大LARGE | 點擊量:846次 | 2018年11月27日
鋁鋰合金誘導的可充電金屬鋰電池
受制于離子型鋰電池的蓄電量和安全性,目前的新能源電動汽車在市場上卻并不是很受歡迎。與各種利好的政策和鋪天蓋地的宣傳相比,新能源電動汽車的市場普及率就略顯尷尬。究其原因,無非就是電動汽車電池的安全性和續(xù)航能力。電池的續(xù)航能力和安全性解決,新能源汽車的市場普及率毫無疑問將大大提高。
具有大蓄電量和高功率的可充電電池,是目前新能源汽車電池領(lǐng)域的熱點??沙潆姷慕饘黉囯姵赜捎诮饘貺i(鋰)具有高的理論比能量(3860Ah/Kg),低密度(0.59Kg/立方米),和最低的還原電位等特性,一直被當作是具有廣闊的應(yīng)用前景的電池技術(shù),不僅可以用在新能源汽車領(lǐng)域,在儲能電網(wǎng)方面也具有廣泛的應(yīng)用價值。但是同時,鋰金屬電極是所有類型的電池陽極材料中危險性最大的材料,這種危險性主要來源于金屬Li(鋰)存在著非常巨大的體積變化和不平衡的鋰金屬沉積,導致內(nèi)部短路,進而引起電池內(nèi)部起火和其他危險事件。與此同時,在放電過程中,生成的氧化鋰會在鋰金屬電極表面堆積形成一層膜包裹住鋰電極,阻止Li(鋰)電極與電解液接觸而斷電,導致電池效率降低,使用時間縮短,這也阻礙了鋰金屬在可充電電池中的應(yīng)用。因此,怎樣保護金屬Li(鋰)電極一直是鋰電池研究的熱點問題。
最近,最新一期的《德國應(yīng)用化學》報道了中國科學院化學研究所郭玉國團隊和華中農(nóng)業(yè)大學曹菲菲團隊合作的利用鋁鋰合金介質(zhì)誘導的金屬鋰電池,不僅保證了金屬鋰電池的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性,還能補充電池使用過程中消耗的鋰金屬,從而延長了金屬鋰電池的使用壽命。
他們首先制得了由納米鋁包覆的具有三維結(jié)構(gòu)的納米銅流體,用這種納米復合結(jié)構(gòu)來保證金屬Li在立體的電極內(nèi)部沉積均勻,平衡溶解。實驗結(jié)果表明,當采用納米鋁包覆的三維納米銅箔來引導金屬Li沉積之時,金屬Li會在原來的位置優(yōu)先和鋁發(fā)生合金化反應(yīng)形成親鋰的鋰鋁合金層,然后這層鋁鋰合金層將作為鋰的成核位點,誘導金屬Li(鋰)向四周呈球狀生長,均勻沉積,從而提高電池的安全性能。另外,在金屬鋰電池的充電放電循環(huán)過程中,金屬Li(鋰)或多或少會被消耗,這個時候,鋰鋁合金中儲存的Li(鋰)會被慢慢地釋放出來補充被消耗的鋰金屬,從而保證了金屬Li(鋰)在循環(huán)使用過程中的量的平衡。這種情況下,金屬Li電極表現(xiàn)出比尋常金屬鋰電池的循環(huán)使用壽命。
雖然目前還只是研究階段,但是這一方法是金屬鋰電池技術(shù)的重大突破,不僅對于金屬鋰電池,還為其他的金屬電池提供了不一樣的發(fā)展思路。相信不久的將來,更安全,續(xù)航更長的電池將應(yīng)用在新能源汽車上,新能源汽車產(chǎn)業(yè)將蓬勃發(fā)展,為環(huán)保事業(yè)做出貢獻。