2018年5月30日
了解锂在电池充放电过程中对压力的反应可以使电池更安全、更先进。
材料科学和工程学教授Stephen Hackney和助理教授Erik Herbert研究了纳米级锂的特性，以了解这种金属在压力下如何反应，并着眼于改进欧洲杯足球竞彩固态电池。欧洲杯线上买球(资料来源:萨拉·伯德/密歇根理工大学)
有一句古老的谚语:你必须先学会走，再学会跑。”尽管有这样的智慧，但包括电池行业在内的许多行业都忽视了基本原则，而是跑马拉松。
锂离子电池在更好的存储容量方面有很大的希望，然而，它们是不稳定的。关于锂离子电池——尤其是三星Galaxy 7——导致手机起火的消息是众所周知的。
大多数问题来自于电池内使用易燃液体电解质。一种方法是使用不易燃的固体电解质和锂金属电极。这将增加电池的能量，同时减少火灾的可能性。
从根本上说，目标是设计不会爆炸的下一代固态电池。这个旅程是为了从本质上理解锂。
每个人都在关注电池的储能组件。
Erik Herbert，密歇根理工大学材料科学与工程助理教授欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
赫伯特说,“很少有研究小组对理解机械元素感兴趣。但是，你瞧，我们发现，锂本身的机械性能可能是这个谜题的关键部分。”
5月30日，密歇根理工大学的科学家们公布了研究结果，为深入了解锂做出了巨大贡献th在《材料研究杂志》(Journal of Materials Research)上发表了邀请发表的三篇系列论文，并与材欧洲杯足球竞彩料研究协会和剑桥大学出版社(Cambridge University Press)合作发表。该团队包括材料科学与工程教授Herbert和Stephen Hackney、密歇根理工大学研究生Violet Thole欧洲杯足球竞彩、橡树欧洲杯线上买球岭国家实验室的Nancy Dudney和粉末冶金与新材料国际高级研究中心的Sudharshan Phani。他们分享的研究结果强调了锂的力学行为在操控下一代电池性能和安全性方面的重要性。
就像冻融循环对混凝土的破坏，锂枝晶对电池的破坏
锂是一种非常活性的金属，这使得它很容易发生不良行为。但它也非常擅长储存能量。人们希望他们的手机和平板电脑和其他电子产品)收取尽可能快,所以电池制造商面临两个挑战:让电池充电很快,通过电荷在阴极和阳极之间尽可能快,可靠,使电池尽管反复充电。
锂是一种非常软的金属，但它在电池运行中并不像预期的那样起作用。充电和放电过程中不可避免地会产生越来越大的压力，导致被称为树突的锂微观手指填补了固体电解质分离器和锂阳极界面上原有的、不可避免的微观缺陷——孔隙、沟槽和划痕。
在持续的循环过程中，这些树突会进入并最终穿过固体电解质层，而固体电解质层在物理上分隔了阳极和阴极。一旦树突进入阴极，器件就会短路并发生故障，通常是灾难性的。赫伯特和哈克尼的研究集中在锂是如何缓解固态电池充放电过程中自然形成的压力。
他们的研究记录了锂在亚微米长度尺度上的非凡行为——深入研究了锂最小和最令人困惑的特性。研究小组用镶有钻石的探针在锂薄膜上压痕，使金属变形，从而研究了金属对压力的反应。他们的结果证实了今年早些时候由加州理工大学的科学家发表的在小尺寸下锂惊人的高强度。
赫伯特和哈克尼在这一研究的基础上，首次给出了锂惊人的高强度的力学解释。
锂能够扩散或重新排列自己的离子或原子，以试图减轻压头施加的压力，这向科学家们展示了锂变形速度的重要性(这与电池充放电的速度有关)，以及包括阳极在内的锂离子排列中的缺陷和偏差的影响。
深入了解锂的行为
在“高纯气相沉积锂膜的纳米压痕:弹性模量”一文中，科学家测量了锂的弹性特性，以反映锂离子物理取向的变化。这些结果强调了在未来的所有模拟工作中需要将锂的方向依赖的弹性特性纳入其中。赫伯特和哈克尼还提供了实验证据，指出锂可能具有更高的能力，将机械能转换为小于500纳米的热。
在接下来的文章中，“高纯气相沉积锂薄膜的纳米压痕:diffusion-mediated流动机械的合理化,”赫伯特和出租记录锂非常高强度的长度尺度小于500纳米,他们提供原始轮廓,旨在描述锂管理压力的能力是受扩散和材料变形的速度。
高纯气体的最后,在“Nanoindentation形成锂电影:机械的合理化的过渡从扩散到dislocation-mediated流,”作者提供一个统计模型,解释了锂的经历突然转变的条件,进一步使其减轻压力的能力。他们还提供了一个直接将锂的力学行为与电池性能联系起来的模型。
”我们正试图了解锂在与界面缺陷相称的长度尺度上缓解压力的机制。”赫伯特说。加强对这一重要问题的理解将直接促进稳定界面的发展，从而鼓励安全、长期和高速率的骑行性能。
赫伯特说,“我希望我们的工作能对人们开发下一代存储设备的方向产生重大影响。”