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“死亡区 ”的发现或能让高密度硅电池成为现实

TIME : 2021-10-15

导读:美国科学家在研究储能锂电池的硅阳极时,成功模拟了导致阳极性能急速下降的关键机制。科学家表示,了解导致硅膨胀并随后分解的原因,是防止这种情况的重要步骤,也是生产长效、高容量电池的重要步骤。


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目前在研究的很多改进的储能技术中,用硅取代石墨是最突出的,因为硅有比石墨多储存10倍能量的潜力。


近年来,对硅阳极的研究已经取得了很多进展,一些公司正在向商业化和大规模生产迈进。然而,要实现硅在能源储存方面的潜力,在研究阶段仍有挑战和大量工作要做。


主要的挑战是,当锂离子进入该材料时,该材料往往会膨胀。最终,这将导致阳极开裂、剥落或以其他方式分崩离析,而且无法恢复其原始结构。对此提出的很多解决方案,在阳极上涂层,使用多孔硅等,已经显示出积极的效果。


然而,到目前为止,很少有研究人员深入研究电池循环过程中阳极内部的工作机制,而且对于在原子层面上到底发生了什么也存在分歧。美国太平洋西北国家实验室(PNNL)的科学家王崇民说:“很多人都想象过可能发生的情况,但之前没有人真正证明过。”


美国太平洋西北国家实验室的研究小组将改变这一现状,他们将两种复杂的成像技术,敏感元素断层扫描和低温扫描透射电子显微镜,与一种先进的算法相结合,观察这一过程的运行情况,发现锂阳极实际上是向硅结构推进,然后回流,在结构中留下巨大的空隙。这些空隙随后被硅内部的固体电解质的发展所填补,在阳极内形成“死亡区”,迅速增加到重大容量损失。


王崇民表示:“这项工作为开发硅作为高容量电池的阳极提供了一个清晰的路线图。”该小组总结说,改进硅阳极的最有效方法是集中于防止或限制电解质渗透到阳极。

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