鉅大LARGE | 點擊量：834次 | 2022年12月29日
美國研究人員打造枝晶自愈的鉀電池 比鋰電池更高效/更安全
從手機、到太陽能、再到電動汽車，人們越來越依賴于電池。隨著人們對安全、高效、強大儲能設備的需求不斷上升，而可充電鋰電池一直是電池領域內(nèi)的主導技術，人們對尋找此種電池的替代品的需求也在不斷上升。
據(jù)外媒報道，美國倫斯勒理工學院（RensselaerPolytechnicInstitute）的研究人員展示了如何克服一個一直存在的電池問題–電池枝晶，打造了一種和鋰電池性能相同好的金屬電池–鉀電池。相關于鋰，鉀是一種儲量更豐富、價格更便宜的元素。
電池有兩個電極，一端是陰極，另一端是陽極。假如查看鋰電池的內(nèi)部，通常會發(fā)現(xiàn)一個由鈷酸鋰制成的陰極以及一個由石墨制成的陽極。在電池充放電過程中，鋰離子會在兩個電極之間來回流動。
在此種情況下，假如研究人員只簡單地用鈷酸鉀取代鈷酸鋰，電池性能會下降。鉀是一種較大較重的元素，因此其能量密度較低。因此，倫斯勒理工學院團隊希望通過用金屬鉀取代石墨陽極，以提高鉀金屬的性能。
倫斯勒理工學院機械、航天和核工程知名教授兼該論文的第一作者NikhilKoratkar表示：就性能而言，此種鉀電池可和傳統(tǒng)的鋰電池相媲美。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
盡管金屬電池潛力巨大，但是也一直因金屬在陽極上沉積形成枝晶而造成困擾。當電池經(jīng)歷反復的充放電循環(huán)時，由于金屬鉀沉積不均勻就會形成枝晶。Koratkar解釋表示，隨著時間推移，鉀金屬沉積物會變得越來越長，長得像樹枝。
假如此類沉積物長得太長，最終會刺穿絕緣隔膜，而絕緣隔膜的用途是防止電極相互接觸，因此最終會導致電池短路。當電池短路，而電池內(nèi)部的有機電解質(zhì)著火時，就會出現(xiàn)熱量。
在該論文中，Koratkar和團隊成員（包括倫斯勒理工學院博士生PrateekHundekar、化學和生物分子工程系教授ChunshengWang等馬里蘭大學研究員）解釋了他們的解決方法為此種電池的實際應用鋪平了道路。通過以較高的充放電速率運行電池，能夠很好地控制電池內(nèi)部溫度的升高，并促使枝晶自愈，離開陽極。
Koratkar將此種自我修復的過程比作暴風雪結(jié)束后，雪堆的變化。風和太陽幫助將雪堆上的雪花吹走，將雪堆縮小，最終讓雪堆變平。同樣地，雖然電池內(nèi)部溫度升高不會熔化金屬鉀，但確實有助于激活鉀金屬的表面，使鉀原子擴散，橫向離開其形成的堆，有效地撫平了枝晶。
Koratkar表示：利用此種方法，可以在晚上或者不使用電池時，得到一個電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可利用局部的熱量，使枝晶自我修復。
Koratkar及其團隊此前曾演示過類似的方法，讓鋰金屬電池的枝晶自我修復，不過，他們發(fā)現(xiàn)，鉀金屬電池完成自我修復的過程所需的熱量要少得多。該發(fā)現(xiàn)也意味著鉀金屬電池可能比鋰金屬電池更高效、更安全、更實用。（文中圖片均來自倫斯勒理工學院）
