充电就能拯救“失活锂”？美科学家解锁下一代电池设计
时间:2021-12-25 14:02来源:财联社 作者:综合报道
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科学家们已经将研究目标对准了电池在使用过程中累积的不活跃锂块，并展示了如何将它们恢复活性，以提高设备的性能。他们说，这可以通过简单的调整充电过程来实现，而且这种方法可能不仅有利于今天的电池，而且可以解锁更大密度的下一代电池设计。
这一突破来自于美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的一组科学家，他们专注于研究他们所谓的非活性锂部分。在电池循环过程中，锂离子在两个电极之间来回移动，其中一些在循环过程中失败，电化学变得不活跃，形成团块，导致设备的存储容量下降，甚至可能出现更糟糕的结果。
“我一直认为孤立的锂是有害的，因为它会导致电池衰变，甚至着火，”领导这项研究的斯坦福大学Yi Cui教授说：“但我们已经发现了如何将‘死亡的’锂与负极连接起来，重新激活它。”
这一发现最早源于Cui的怀疑，即用电压锁定那部分非活性锂可以使它们发生震动，并使它们在电极之间物理移动。为了验证这一理论，科学家们建造了一个“光学”测试电池，在设备充电时可以实时观察非活性锂的部分。
这个实验表明那部分锂实际上并不是“死的”，而是会对电池的运行做出反应，在充电时缓慢地向一个电极移动，在放电时缓慢地向另一个电极移动。
Cui说，“这就像一只非常缓慢的蠕虫，头向前一点，尾巴往里一点，一纳米一纳米地移动。在这种情况下，它通过溶解一端并将物质沉积到另一端来运输。如果我们能让锂蠕虫保持移动，它最终会接触到阳极，并重新建立电气连接。”
为了实现这一目标，科学家们在其他测试电池中进行了后续实验，并利用计算机模拟表明，通过调整充电过程，那部分失活的锂实际上可以回收。这项研究成果已于近期发表在了《自然》杂志上。
“我们发现，在放电过程中，我们可以将失活的锂向阳极移动，在更高的电流下，这些运动更快，”论文研究作者Fang Liu说，“所以我们在电池充电后增加了一个快速的大电流放电步骤，将失活的锂移动到足够远的地方，重新连接到阳极上。这样就可以重新激活锂离子电池，从而延长电池的使用寿命。”
据研究小组称，这一突破将测试电池的使用寿命延长了30%。它还可以改进快速充电电池的设计，或提高当今可充电电池的容量和寿命，进而提高电动汽车的续航里程或电子设备的电池寿命。
科学家们还指出，这一解决方案或许对锂金属电池来说也是一根“救命稻草”。锂金属电池是一种新一代的设计，可以储存10倍以上的能量，但在稳定性方面却存在问题。集成这项新技术可以帮助解决这一缺陷。
“我们的发现对设计和开发更坚固的锂金属电池也有广泛的启示，”Liu补充说。
(责任编辑：子蕊)
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