摘要:加州理工學院(霍華德的供職大學,一定很靠譜)的研究者們詳細探究了如何用較高溫度來分解這些枝晶——并可能延長電池壽命。
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/ O2 i# {) S/ Y2 l2 W' d- B【高工鋰電綜合報道】 , i1 q% V2 m* z7 d7 U! O- ?7 f9 v
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不要現在就急著把你的電子設備塞進烤箱,不過為了更長的電池壽命,有一天你可能會把它們在不使用時烤一烤。隨著時間推移,充電電池內的電極會長出微小的樹枝狀細絲,稱為樹突或枝晶,這會造成短路報廢電池,甚至點著起火。但感謝新的實驗和計算機模擬,加州理工學院(霍華德的供職大學,一定很靠譜)的研究者們詳細探究了如何用較高溫度來分解這些枝晶——并可能延長電池壽命。
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( W: B* R( _* \- P; x' R 電池由正極和負極組成,當電池產生電流時,電子從陽極流出,通過外部電路,再流回陰極。陽極(鋰等導電金屬構成)中的一些原子失去用來產生電流的電子后變成離子,然后通過稱為電解質的導電液體介質移動到負極。- a) B0 | A% A6 E
4 h: h( f' Y0 c. ?# O9 [ 給電池充電反轉這個過程,離子返回并附著回陽極上,但當它們這樣做時,離子附著并不均勻,相反,它們形成微觀的凸起,多個充電周期后,最終生長成為長長的分支。當這些樹突抵達并接觸陰極時就造成短路,這時電流就流經樹突而非通過外部電路,致使電池失效死亡。
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: {" H$ ?3 Q/ F% j' J0 g+ K8 c 電流也會加熱樹突,而且由于電解質經常是易燃物,樹突可能會引發起火。即使樹突不短路電池,它們也能整個從陽極上斷落,在電解液中到處漂浮,這樣陽極就損失了材料,而電池也就不能存儲同樣多的電量。0 H6 E& w6 O$ f! _
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“樹突很危險,還會降低充電電池容量,”加州理工學院科學家Asghar Aryanfar說。他領導的這項新研究本周發表在美國物理聯合會出版的《化學物理學報》封面上。盡管研究者們研究的是屬于最有效的種類的鋰電池,但他們的成果是可以廣泛應用的。“枝晶問題對所有可充電電池都是普遍的,”他說。
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研究者們在測試電池上生長出鋰枝晶并把它們加熱幾天。他們發現高至55攝氏度的溫度使樹突縮短了多達36%。為了弄清楚究竟是什么導致了這種縮水,研究者們使用計算機來模擬熱量對構成枝晶的單個鋰原子的影響,模型使用了簡化的、理想化的金字塔幾何形狀。# n. v$ q& X# {
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模擬結果顯示溫度升高觸發原子以兩種方式移動。金字塔頂端的原子可能下落到較低高度,或者較低高度上的原子能移動并留下空穴,隨后被另一個原子填補。這些原子進行洗牌運動,產生足夠推倒枝晶的運動。& d8 Z1 a( e* p" a5 p: Q
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Aryanfar說,通過量化需要多少能量才能改變枝晶結構,研究者們能更好地了解它的結構特征。雖然有許多因素影響電池在高溫下的壽命——例如其自放電傾向或另外發生的其它化學反應——這一新研究表明復活電池所需的也許只是稍加炭烤。1 H1 ~$ K2 C* y& Z- ]( x( ?3 J" w
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