摘要:加州理工学院(霍华德的供职大学,一定很靠谱)的研究者们详细探究了如何用较高温度来分解这些枝晶——并可能延长电池寿命。% s3 `, T% z7 V* W& y3 [. N+ Q
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【高工锂电综合报道】
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; y- e) ]3 {& r 不要现在就急着把你的电子设备塞进烤箱,不过为了更长的电池寿命,有一天你可能会把它们在不使用时烤一烤。随着时间推移,充电电池内的电极会长出微小的树枝状细丝,称为树突或枝晶,这会造成短路报废电池,甚至点着起火。但感谢新的实验和计算机模拟,加州理工学院(霍华德的供职大学,一定很靠谱)的研究者们详细探究了如何用较高温度来分解这些枝晶——并可能延长电池寿命。! {" C# @0 {5 ^4 \" W# Z: Z$ t
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: ? _( F9 W/ k0 P7 [8 v- D' I5 T 电池由正极和负极组成,当电池产生电流时,电子从阳极流出,通过外部电路,再流回阴极。阳极(锂等导电金属构成)中的一些原子失去用来产生电流的电子后变成离子,然后通过称为电解质的导电液体介质移动到负极。- s8 s/ X& N2 d
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给电池充电反转这个过程,离子返回并附着回阳极上,但当它们这样做时,离子附着并不均匀,相反,它们形成微观的凸起,多个充电周期后,最终生长成为长长的分支。当这些树突抵达并接触阴极时就造成短路,这时电流就流经树突而非通过外部电路,致使电池失效死亡。
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电流也会加热树突,而且由于电解质经常是易燃物,树突可能会引发起火。即使树突不短路电池,它们也能整个从阳极上断落,在电解液中到处漂浮,这样阳极就损失了材料,而电池也就不能存储同样多的电量。$ ^: t) M/ _/ c- ]* @
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“树突很危险,还会降低充电电池容量,”加州理工学院科学家Asghar Aryanfar说。他领导的这项新研究本周发表在美国物理联合会出版的《化学物理学报》封面上。尽管研究者们研究的是属于最有效的种类的锂电池,但他们的成果是可以广泛应用的。“枝晶问题对所有可充电电池都是普遍的,”他说。
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研究者们在测试电池上生长出锂枝晶并把它们加热几天。他们发现高至55摄氏度的温度使树突缩短了多达36%。为了弄清楚究竟是什么导致了这种缩水,研究者们使用计算机来模拟热量对构成枝晶的单个锂原子的影响,模型使用了简化的、理想化的金字塔几何形状。
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模拟结果显示温度升高触发原子以两种方式移动。金字塔顶端的原子可能下落到较低高度,或者较低高度上的原子能移动并留下空穴,随后被另一个原子填补。这些原子进行洗牌运动,产生足够推倒枝晶的运动。6 h- ?* e1 c( p- L& T3 e
0 e7 w) {4 Z8 _7 Q* E: n Aryanfar说,通过量化需要多少能量才能改变枝晶结构,研究者们能更好地了解它的结构特征。虽然有许多因素影响电池在高温下的寿命——例如其自放电倾向或另外发生的其它化学反应——这一新研究表明复活电池所需的也许只是稍加炭烤。$ _8 Z {' `: F4 k% }5 E
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