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鋰金屬電池的能量容量幾乎是鋰離子電池的兩倍，而且重量更輕。在電動汽車應(yīng)用中，有望使其更輕、續(xù)航更長。然而，鋰金屬電池一直存在使用壽命較短的問題。據(jù)外媒報道，由美國能源部西北太平洋國家實驗室（PNNL）領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，開發(fā)出一種可持續(xù)循環(huán)600次的鋰金屬電池，遠超過以往報告結(jié)果。
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（圖片來源：PNNL）
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為了延長電池壽命，該團隊沒有使用含鋰更多的負極，而是使用極薄的鋰條，只有20微米寬，比人的頭發(fā)絲還要薄得多。研究人員Jun Liu表示：“很多人都認為，鋰越厚，電池的循環(huán)時間就越長。實際上，并不總是這樣。每個鋰金屬電池都存在一個優(yōu)化厚度，具體取決于其電芯能量和設(shè)計?！?/p>
該團隊開發(fā)的鋰金屬電池的能量密度為350Wh/kg。經(jīng)過600次循環(huán)后，仍能保持76%的初始容量。研究人員希望將這一最新進展整合至高能軟包電芯設(shè)備中，并在現(xiàn)實條件下展示改進的性能。
該團隊決定嘗試更薄的鋰條，是基于對負極分子動力學(xué)的詳細了解。研究人員發(fā)現(xiàn)，較厚的鋰會導(dǎo)致電池失效。這是因為負極上的固態(tài)電解質(zhì)膜（SEI）周圍發(fā)生了復(fù)雜的反應(yīng)。
該團隊發(fā)現(xiàn)，較薄的鋰條可以創(chuàng)造良好的SEI。研究人員采用“濕SEI”和“干SEI”這兩個術(shù)語。濕的版本可保持液體電解質(zhì)和負極之間的接觸，有助于發(fā)生重要的電化學(xué)反應(yīng)。在干版本中，液態(tài)電解質(zhì)無法接觸所有的鋰。簡言之，因為鋰條較厚，電解液需要流入更深的鋰袋中，這樣其他部分的鋰就會變干，嚴重阻礙發(fā)生必要的電化學(xué)反應(yīng)，直接導(dǎo)致電池過早失效。隨著時間的推移，這一層體逐漸積聚并形成屏障，從而減少能量流動，并降低表面效率。同樣，干SEI層會阻礙電池內(nèi)部所需能量的有效傳輸。
研究人員表示，其目標是打造耐用、安全、具有成本效益的電池，并將能量密度提升至500Wh/kg。
來源：蓋世汽車
作者：Elisha
