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手机三天一充不是梦!麻省理工秀出电池阳极新技术

原标题:手机三天一充不是梦!麻省理工秀出电池阳极新技术

智东西(公众号:zhidxcom)

编 | 云鹏

智东西2月7日消息,据外媒报道,麻省理工学院(MIT)的科学家们近日公布了一项锂金属阳极技术,他们将金属锂置于蜂窝结构的MIEC管道中,并在金属锂之间留有空隙,从而释放金属锂因充电膨胀带来的应力,解决了固体电池研发中最关键的问题之一。

欧冠足球比赛通过这项技术,科学家们可以显著改善未来电池的寿命和能量密度。据项目主要负责人李博士(Ju Li)介绍,未来手机每三天充一次电将成为可能。

一、固体电解质与金属阳极的矛盾

金属阳极的研究是开发安全的全固态电池的重要环节之一。通过这项新技术设计的固态电池,不需要使用常见的液体电解质或者聚合物凝胶电解质,是纯固态的。

电解质使锂离子在电池的充电和放电循环中可以来回运动,而全固态电解质比液态电解质要更加安全。液态电解质通常具有很强的挥发性,也是锂电池在某些情况下发生爆炸的根源。

欧冠足球比赛项目的主要负责人李博士说:“研究使用锂金属作为正极,并使用固体作为电解质的电池已经不是什么新鲜事,但是目前的许多研究都面临一些问题。”

最大的问题之一是,当电池充满电时,原子会在锂金属内部积聚,从而使其膨胀。然后,随着电池的使用,锂金属在放电过程中会再次收缩。锂金属尺寸的反复变化会使它难以与固体电解质保持恒定的接触,并且还会导致固体电解质的破裂或分离。

另一个问题是,目前常见的固体电解质在与高反应性锂金属接触时,化学稳定性普遍不好,并且随着时间的流逝,这些固体电解质还会趋于降解。

二、百亿个“发动机活塞“组成的阳极

大部分科学家在解决上述这些问题时,都集中在设计对锂金属绝对稳定的固体电解质材料上,事实证明这是非常困难的。

欧冠足球比赛相反,李博士和他的团队采用了一种不同的设计思路。他们利用了另外两种固体:与锂接触后在化学上绝对稳定的混合离子电子导体(MIEC)和电子锂离子绝缘体(ELI)。

科学家们开发出了一种蜂窝状六边形MIEC管三维纳米结构,该结构中的一部分管内被注入了固态锂金属以形成电池的阳极,但每根管内的固态金属锂之间都留有多余的空间。

当锂在充电过程中膨胀时,它会像液体一样流入管内部的空白空间里。这种流动是完全限制在蜂窝结构内部的,可以释放由于充电引起的膨胀压力,但又不会改变电极的外部尺寸。另一种材料ELI是MIEC管壁和固体电解质层之间的关键粘合剂。

李博士说,该蜂窝结构的每个管中的空隙都可以使金属锂“向后蠕变”进入管中,这样一来,它就不会产生应力从而导致固体电解质破裂。

“金属锂在管道中膨胀收缩,像外向内反复运动,就像汽缸内的汽车发动机活塞一样。由于这些结构是按纳米级尺寸建造的(管子的直径约为100至300纳米,高度为数十微米),所以整个结构系统就像是具有100亿个活塞的发动机一样。”

三、手机三天充一次不是梦

李博士说,由于这些蜂窝状结构的管道是由化学性非常稳定的MIEC材料制成,所以金属锂会时刻保持与管壁的紧密接触。也正因如此,整个固体电池在其使用周期中可以保持机械和化学上的双重稳定性。

欧冠足球比赛他的团队已通过实验证明了这一点,被测试的原型电池经过100次充放电循环,也没有产生任何固体破裂现象。

▲金属锂在100nm MIEC管道中的状态

欧冠足球比赛李说,目前大部分所谓的固态电池,使用的都是混合液态电解质和固态电解质材料,这些电池也可以很好的工作,但是我们这次设计的是纯粹的固态的电池,没有任何液体或凝胶。

在相同的存储容量下,利用新技术设计的电池阳极可能仅为传统阳极重量的四分之一。如果与当下研究的先进轻型阴极相结合,可能会大幅减少锂电池的总重量。未来,手机每三天充一次电将成为可能。

结语:固体电池研究又向前迈进一步

欧冠足球比赛此次麻省理工学院科学家们研发的固体电池阳极新技术,解决了纯固体电池研究中的金属形变难题,从而极大的减小了电池的体积和重量。

欧冠足球比赛目前电池技术已经成为了制约手机、电动汽车等产品性能进一步提升的主要瓶颈之一。无论是石墨烯技术,还是麻省理工学院科学家们此次的研究成果,都不断推进着电池技术的进步。

欧冠足球比赛相信在不远的将来,电池技术会迎来令人欣喜的跨越式前进。

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