据外媒报道,由大邱庆北科学技术院(DGIST)研究人员负责的团队开发了一种新概念系统,可以大幅提高下一代电池的稳定性和使用寿命。预计该系统可以将静态的液体电解质变为动态,从而解决枝晶生长问题,将有助于加速下一代电池的商业化进程。
(图片来源:DGIST)
目前,在电动汽车中,大多数商用电池都使用石墨负极。但是,石墨负极比较重,而且在电池内部占据了大量空间,限制了能量密度。这使电池无法长期运行,因此需要更轻、更小的负极材料。
作为下一代负极材料,锂金属日益受到关注,因其可以解决这些问题。然而,在锂电池充电过程中,锂金属负极表面容易生长枝晶,使其商业化进程受到影响。这往往严重依赖于电解质中的离子传输现象。换句话说,当离子的传输速度越快,更加均匀时,枝晶生长更容易控制。因此,为了抑制枝晶生长,需要提出一种更快、更均匀的离子传输方法。
该团队制作了一种纳米自旋棒(NSB),可以对外部磁场做出反应,使电池中的静态电解质溶液转变为动态状态,并将其置入电解质溶液中,产生微对流。事实上,通过施加外部旋转磁场来远程传输动力,可以旋转分布在整个电解质中的NSB。与之前的方法相比,这项工作可以促进离子快速传输,同时将离子扩散降低约32%,从而实现均匀的离子传输。
通过应用磁性纳米颗粒(NSB)和外加磁场来实现动态离子传输,可以促进快速均匀地传输锂离子,经过验证在高充电速率下,也能有效控制枝晶的形成和生长。将NSB添加到其他电解质中也能起到同样的效果。如果使用该团队开发的电解质来制造锂金属电池,并在外部施加旋转磁场,与现有系统相比可大幅提高电池寿命。
DGIST能源科学与工程系Lee Hong-kyung教授表示:“这是一种新概念电解质系统,可以创造出以前从未尝试过的动态电解质,并通过使用磁性纳米颗粒改变电解质研究的范式。这种概念可以立即应用到使用液体电解质的各种电化学系统。”