新的電池涂層可以改善智能手機(jī)和電動(dòng)汽車

高性能鋰離子電池是筆記本電腦，智能手機(jī)和電動(dòng)汽車的關(guān)鍵組成部分。目前，鋰離子電池的陽極或負(fù)電荷側(cè)通常由石墨或其他碳基材料制成。

但是，碳基材料的性能受到限制，因?yàn)橹亓亢湍芰棵芏仁强梢源鎯?chǔ)在給定空間中的能量的量。因此，許多研究都集中在鋰金屬陽極上。

鋰金屬陽極的成功將實(shí)現(xiàn)許多電池技術(shù)，包括鋰金屬和鋰空氣，這可能會(huì)使當(dāng)今最好的鋰離子電池的容量增加5到10倍。這意味著電動(dòng)汽車和智能手機(jī)電池的續(xù)航時(shí)間將增加5至10倍，持續(xù)時(shí)間將延長(zhǎng)5到10倍。鋰金屬陽極也更輕，更便宜。

用金屬制成的鋰離子電池的問題在于，在充電循環(huán)期間，它們不受控制地生長(zhǎng)樹枝狀晶體，枝狀晶體是看起來像樹芽的微觀纖維。樹枝狀結(jié)構(gòu)降低了電池的性能并且還存在安全問題，因?yàn)樗鼈兛赡苁闺姵囟搪凡⑶以谀承┣闆r下著火。

加州大學(xué)河濱分校的一組研究人員在解決40多年前的樹突問題方面取得了重大進(jìn)展。他們的研究結(jié)果剛剛發(fā)表在“ 材料化學(xué) ”雜志上。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過使用稱為甲基紫精的有機(jī)化合物涂覆電池，與使用鋰金屬陽極的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)相比，它們能夠穩(wěn)定電池性能，消除枝晶生長(zhǎng)并將電池壽命延長(zhǎng)三倍以上。

“這有可能改變未來，”該論文的第一作者，加州大學(xué)河濱分校的化學(xué)兼職副教授趙超說。“它成本低，易于操作，并與目前的鋰離子電池行業(yè)兼容。”

研究人員設(shè)計(jì)了一種新策略，以形成穩(wěn)定的涂層，以提高鋰金屬陽極的壽命。他們使用甲基紫精，由于其在還原時(shí)能夠改變顏色，因此已經(jīng)用于其他應(yīng)用。

研究人員使用的甲基紫精分子可以以帶電狀態(tài)溶解在電解質(zhì)中。一旦分子與鋰金屬相遇，它們立即被還原，在金屬電極頂部形成穩(wěn)定的涂層。

通過僅向電解質(zhì)中添加0.5%的紫精，循環(huán)壽命可以增加三倍。此外，甲基紫精的成本非常低，并且可以容易地按比例放大。

研究人員通過添加甲基紫精來實(shí)現(xiàn)鋰金屬陽極的穩(wěn)定運(yùn)行，可以開發(fā)下一代高容量電池，包括鋰金屬電池和鋰空氣電池。

王警告說，雖然涂層可以改善電池性能，但它不是防止電池著火的方法。

該論文被稱為：“用于高性能鋰金屬陽極的穩(wěn)定界面涂層的原位形成”。