康奈爾大學化學工程學教授Lynden Archer認為,需要進行電池技術“革命” - 並認為他的實驗室已經開啟了第一槍之一。

更強大的鋰電池



“我們現在擁有的(鋰離子電池技術)實際上處於其能力的極限,”阿徹說。 鋰離子電池已經成為推動新電子技術發展的主力,其理論存儲容量的90%以上都在運行,小規模的工程調整可能導致更好的電池和更多的存儲空間,但這不是一個長期的解決方案“。

“你需要一種激進的思維變化,”他說,“這意味著你一開始就要開始。”

Snehashis“Sne”Choudhury博士'18提出了Archer提出的使用能量密度高的金屬鋰陽極的可充電電池的一個基本問題的“優雅”解決方案:由於枝晶(從陽極生長的鋰的尖刺)引起的有時是災難性的不穩定性,離子在充電和放電循環期間來回穿過電解質。

如果枝晶突破分離器並到達陰極,則會發生短路和火災。已經顯示固體電解質機械地抑制枝晶生長,但是以快速離子遷移為代價。 Choudhury的解決方案:通過電解質本身的結構來限制枝晶的生長,這可以通過化學方法進行控制。

使用阿奇集團於2015年推出的反應程序,他們採用“交聯毛髮納米粒子” - 一種二氧化矽納米粒子和官能化聚合物(聚環氧丙烷)的接枝物 - 以創造多孔電解質,有效延長離子必需的路線從陽極移動到陰極並返回,極大地延長了陽極的壽命。

他們的論文“限制結構電解質中金屬的電沉積”發表在Proceedings of the National Academy of Sciences。 Choudhury和Dylan Vu是化學工程專業的新生,他們是合作的第一作者。

前往斯坦福大學從事博士後研究工作的Choudhury也設計了一種直接觀察其實驗電池內部運行的方法。該小組通過Choudhury的設備確認了關於枝晶生長的理論預測。

“我想這是我想要做的事情,我猜想,三位博士生的一生,”自2000年以來一直在康奈爾大學工作的阿切爾笑著說。 “Sne能夠做的是設計一個單元,使我們能夠非常優雅地觀察鋰金屬界面發生的情況,讓我們現在有能力超越理論預測。”

阿切爾說,這項工作的另一個新穎之處是“推翻了電池科學中的經典之作”。人們一直認為,為了抑制枝晶生長,電池內部的隔膜必須比它試圖抑制的金屬更強,但Choudhury的多孔聚合物隔膜 - 平均孔徑低於500納米 - 顯示出停滯增長。