新設計讓Workhorse鋰電池更加強大

康奈爾大學化學工程系教授Lynden Archer認為，電池技術需要“革命 - 并且認為他的實驗室已經開了第一槍。

“我們現在所擁有的[鋰離子電池技術]實際上是在其能力的極限，”阿切爾說。“鋰離子電池已經成為推動新電子技術發(fā)展的主力，其理論存儲容量超過90%。小型工程調整可能會帶來更好的電池和更多存儲空間，但這不是一個長期的解決方案“。

“你需要一種激進的思維方式改變，”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極的可充電電池的基本問題：有時由于樹枝狀晶體造成的災難性不穩(wěn)定，樹枝狀晶體是從陽極生長的鋰刺。在充電和放電循環(huán)期間，離子來回穿過電解質。

如果枝晶突破分離器并到達陰極，則可能發(fā)生短路和火災。固體電解質已經顯示出機械地抑制枝晶生長，但是以快速離子轉移為代價。Choudhury的解決方案：通過電解質本身的結構限制枝晶生長，這可以通過化學方式控制。

使用2015年推出的Archer集團的反應程序，他們采用“交聯毛狀納米粒子 - 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，有效延長離子必須從陽極到陰極和背面，大大增加了陽極的壽命。

他們的論文“限制金屬在結構電解質中的電沉積”發(fā)表在美國國家科學院院刊上。Choudhury和Dylan Vu--一位崛起于化學工程專業(yè)的初級專業(yè)人士 - 是共同的第一作者。

Choudhury將前往斯坦福大學從事博士后工作，他還設計了一種直接可視化實驗電池內部工作方法。該小組用Choudhury的裝置證實了關于枝晶生長的理論預測。

“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，笑著說。“Sne能夠做的是設計一個能讓我們非常優(yōu)雅地觀察鋰金屬界面發(fā)生情況的細胞，讓我們現在能夠超越理論預測。”

阿徹說，這項工作的另一個新穎之處在于“推翻電池科學中的一些經典”。長期以來人們一直認為，為了抑制枝晶生長，電池內部的隔膜必須比它試圖抑制的金屬強，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。