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)領導的研究團隊,開發(fā)出一種可持續(xù)循環(huán)600次的鋰金屬電池,遠超過以往報告結果。
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計。”
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的詳細了解。研究人員發(fā)現(xiàn),較厚的鋰會導致電池失效。這是因為負極上的固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI)周圍發(fā)生了復雜的反應。
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)生重要的電化學反應。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)生必要的電化學反應,直接導致電池過早失效。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。
原標題: PNNL開發(fā)長壽命鋰金屬電池 可持續(xù)循環(huán)600次