成功「復活」鋰沉積物,電池壽命有望再延長

作者 | 發布日期 2021 年 12 月 24 日 17:34 | 分類 能源科技 , 電力儲存 , 電池 Telegram share ! follow us in feedly


鋰離子電池在充放電過程中,鋰離子會在電池兩極間來回移動,久而久之鋰原子會在電極上積聚,過去科學家一直認為這些沉積的鋰團塊是「死物」,不過現在美國科學團隊成功透過調整充電機制,成功讓鋰沉積物復活,不僅成功延長測試電池壽命 30%,還有機會解鎖能量密度更大的下一代鋰離子電池。

鋰離子電池由陽極、陰極與電解質組成,鋰離子會在陰陽兩極間來回穿過電解質,只是在充放電過程中會容易因為電化學失活(electrochemically inactive),形成沉積鋰離子塊狀物,導致電池容量下降,美國能源部 SLAC 國家加速器實驗室和史丹佛大學科學團隊對此展開一系列研究。

史丹佛大學材料科學與工程教授 Yi Cui 指出,過去我一直覺得鋰沉積很糟糕,會導致電池衰退甚至是起火燃燒,但團隊已經找出如何復活「死去」的鋰沉積物,讓它們重新與電極連接。

其實 Cui 教授原先就懷疑這些鋰沉積物並非「死物」,電流經過時沉積物還會在陰陽兩極間移動,為了證實這一點,團隊也建立光學測試電池(optical test battery)並在充電時觀察鋰沉積物動向,最終也發現,沉積物就像個移動緩慢的毛毛蟲,慢慢蠕動到電極另一端。

Cui 指出,沉積物有如一條緩慢移動的蠕蟲,身體向前一英寸、尾端就往內拉,以奈米級速度移動。但之所以看起來像蠕蟲,也是因為沉積物「移動」方式特殊,首先沉積物前端會先溶解、再沉積到另一端,因此就好像緩慢往前挪動一樣,而沉積物最終會抵達對面的陽極並重新建立電連接。

團隊則認為,由於鋰沉積物在高電流下移動速度更快,因此可以透過調整充電過程來回收鋰沉積物。史丹佛大學化學助理教授 Fang Liu 指出,團隊在電池充電後添加一組快速、高電流的放電步驟,可以加快沉積物移動速度,讓它們迅速與陽極會合。

團隊聲稱,這一突破順利延長測試電池壽命 30%。未來還可以藉由該技術改進快充電池設計,或進一步提高電池容量和壽命,進而增加電動車的續航里程或延長電子設備的電池壽命。

(首圖來源:Flickr/massmatt CC BY 2.0)