仔细看看锂电池的黑盒改善安全

锂金属电池前景的下一代储能随着金属锂负极的十倍理论比容量比石墨电极用于商业锂离子电池。它还包含锂电池材料中最负电极电位,使它理想的负电极。欧洲杯足球竞彩然而,锂是最困难的工作材料之一,由于其内部树突增长机制。欧洲杯足球竞彩这个极其复杂的过程还不完全理解,有时会导致锂离子电池短路,着火,甚至破裂。

虽然科学家们意识到树突的生长,这是针状的胡须,开发内部锂电池电极,是影响离子进入电解液,他们不知道如何离子运输和非离子浓度影响的形态学锂沉积。成像在一个透明的电解质离子运输是非常具有挑战性的,和现有方法无法陷阱低离子电解液浓度和超快动力学。

科学家们哥伦比亚大学最近表示,他们使用了受激喇曼散射(SRS)显微镜,方法广泛应用在生物医学研究中,调查树突增长背后的机制在锂电池,这样做,已成为材料的一队科学家直接证人在电解质离子运输。他们发现一个锂沉积过程相匹配的三个阶段:没有损耗,部分损耗(一种以前未知的阶段),和锂离子的全部耗尽。他们还发现了一个反馈机制锂树突增长和异质性之间的地方可以被人工固态电解质离子浓度间期在第二和第三阶段。本文报道在自然通讯网络。

利用受激拉曼散射显微术,这是足够快赶上电解液内的快速变化的环境,我们已经能够算出不仅为什么树突形成锂还如何抑制其生长。我们的研究结果表明,离子运输和非离子浓度至关重要锂锂表面树突的形成。可视化离子运动的能力,将帮助我们提高各种电化学设备的性能——不仅仅是电池、燃料电池和传感器。

元阳,这项研究的合著者的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

对于这个研究,杨与魏Min,哥伦比亚大学的化学教授和这项研究的合著者。十年前,分钟创建与同事SRS作为一种工具来绘制化学键在生物样本。杨从最小的网站了解了方法,并认识到,SRS电池研究可能是一种有益的工具。

SRS三到六个数量级的速度比传统自发拉曼显微镜。SRS,我们可以获得三维图像的分辨率为300 nm(人类头发直径的1/300)在10秒化学解决大约10毫米,因此能够用于图像离子运输和分布。

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研究暴露,李沉积过程中的动态有三个阶段:

1. 缓慢甚至相对沉积摩斯所穿的那种李当离子浓度远高于0;
   
2. 一个混合长满青苔的李和树突的生长;在这个阶段,李+损耗部分发生在电极附近,和锂枝晶突起开始出现;
   
3. 后树突增长100%的损耗。表面离子完全耗尽时,锂沉积将由“树突增长”,另一个会看到快速锂树突的形成。

第二阶段是一个严重的过渡点在异构李+损耗李表面提示锂沉积生长从“长满青苔的锂模式”到“树突锂模式。“在这里,两个恒星形成区域:树突地区锂开始存款树突以越来越快的速度,和一个non-dendrite地区锂沉积减慢甚至停止。这些结果也符合预测由模拟由宾夕法尼亚州立大学的合作者,龙青陈,材料科学与工程教授,和他的博士生哲。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

“聪明的使用受激拉曼散射显微可视化操作中的电解质浓度电极在电化学系统的成像是一个真正的突破,”马丁Bazant说,麻省理工学院的化学工程和数学教授的技术。“在锂电沉积的情况下,当地盐损耗和树突增长之间的联系是直接观察第一次设计的安全有着重要的意义,可充电金属电池。”

根据他们的观察,哥伦比亚大学团队制定一个技术防止树突增长均质化锂表面离子浓度在阶段2和3。

“当我们表面离子分布均匀和减轻沉淀的离子异构性人工固体电解质界面,我们能够抑制枝晶的形成,“程说,这项研究的首席作者钱,杨的实验室的博士后研究员。“这给了我们一个策略来抑制枝晶的生长和转移到改善当前电池的能量密度在开发下一代能源存储。”

分钟非常高兴他的SRS方法已成为一个健壮的工具材料和能源领域。欧洲杯足球竞彩“没有SRS显微镜,我们不能够看到并验证这样一个清晰的李+浓度之间的相关性和树突增长,”他说。“我们很兴奋,更多的人在材料科学将学习这个工具。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球谁知道接下来我们将会看到什么?”