【環(huán)球熱聞】查爾姆斯理工大學(xué)創(chuàng)建3D圖像 可實(shí)時(shí)了解鋰金屬電池充放電行為

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據(jù)外媒報(bào)道，電池研究人員創(chuàng)建了鋰金屬電池循環(huán)時(shí)的實(shí)時(shí)3D圖像。瑞典查爾姆斯理工大學(xué)（Chalmers University of Technology）的研究團(tuán)隊(duì)成功觀(guān)察到了鋰金屬在電池充放電時(shí)的行為。

（圖片來(lái)源：查爾姆斯理工大學(xué)）

這可能為未來(lái)的汽車(chē)和設(shè)備提供容量更大、安全性更高的電池。

查爾姆斯大學(xué)物理系教授Aleksandar Matic表示：“這項(xiàng)研究打開(kāi)了一扇新窗口，以便了解并長(zhǎng)期優(yōu)化未來(lái)的鋰金屬電池。如果能夠明確在循環(huán)過(guò)程中電池中的鋰發(fā)生的變化，就可獲得影響電池內(nèi)部工作原理的重要知識(shí)。”

為了取代目前使用的鋰離子電池，研究人員希望開(kāi)發(fā)能量密度更高、更安全、低成本的電池，比如固態(tài)電池、鋰硫電池和鋰氧電池等。這些概念都建立鋰金屬負(fù)極的基礎(chǔ)上，而不是現(xiàn)在使用的石墨負(fù)極。不使用石墨，電池電芯會(huì)變得更輕；而使用鋰金屬負(fù)極，使高容量正極材料成為可能。因此，可能實(shí)現(xiàn)三到五倍的能量密度。

然而，鋰金屬電池存在的關(guān)鍵問(wèn)題之一是：當(dāng)電池充、放電時(shí)，鋰并不總是那么平坦而光滑。通常會(huì)形成苔蘚狀的微結(jié)構(gòu)或長(zhǎng)針狀結(jié)構(gòu)枝晶，部分沉積鋰變得孤立，然后失去活性，而鋰枝晶可能造成短路。因此，了解這些結(jié)構(gòu)形成的時(shí)間、方式和原因，具有重要意義。研究負(fù)責(zé)人Matthew Sadd表示：“為了能夠在下一代電池中使用這項(xiàng)技術(shù)，需要了解電流密度、電解質(zhì)選項(xiàng)和循環(huán)次數(shù)等因素對(duì)電池的影響。現(xiàn)在有了這樣的工具。”

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在瑞士光源公司（Swiss Light Source）進(jìn)行，旨在觀(guān)察在工作電池中形成的鋰微結(jié)構(gòu)。研究人員準(zhǔn)備了一種特殊設(shè)計(jì)的電池電芯，使用X射線(xiàn)斷層顯微鏡，實(shí)時(shí)和3D研究鋰沉積時(shí)間。據(jù)該團(tuán)隊(duì)所知，目前還沒(méi)有人能夠研究工作電池中的鋰金屬。如果此項(xiàng)研究取得成功，比起電芯循環(huán)后的分析圖像，將是一大進(jìn)步。

Matic表示：“研究人員觀(guān)察到鋰形成很大的結(jié)構(gòu)，如同巨大的針一樣。長(zhǎng)期以來(lái)，我們一直希望，能夠?qū)崟r(shí)觀(guān)察電池的內(nèi)部工作原理。現(xiàn)在可以做到這一點(diǎn)了。”

現(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是在其他電池概念上測(cè)試這項(xiàng)技術(shù)。Matic表示：“研究人員希望開(kāi)發(fā)這種方法，以便以更高的分辨率、更快地進(jìn)行測(cè)量，觀(guān)察在早期沉積過(guò)程形成的更詳細(xì)的微結(jié)構(gòu)。對(duì)于大規(guī)模安全使用鋰金屬電池來(lái)說(shuō)，這是關(guān)鍵點(diǎn)之一。”