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最终目标是商业化生产本身能包含更多锂正极的电池组

发表日期:2017-04-29 19:22 点击量:
最大的障碍是锂元素的高化学反应:它属于碱金属一类,含有钠和钾,是导致许多化学灾难发生的“明星”。将锂正极装入电池组,开始充电后,锂会迅速扩散,尽可能多的抢占离子聚集的空间(其他材料的正极材料扩散时,并没有像锂这样)。锂正极也会转换成锂树突,形成类似苔状的东西。情况好的话,这些仅仅会减弱效率,运气差的话,就会引发火灾。
斯坦福大学的崔博士和他的团队,包括诺贝尔物理学奖得主、美国前能源部长朱棣文,相信他们能找到减少危险发生的方法。一种方法是将锂正极做成比人类头发还细5000倍的“碳团簇”薄膜。这样的碳膜不会和锂反应或者电解质反应。同时又拥有非常强大的效能和灵活性,使其能够随着锂扩张和收缩。锂离子可以进入正极,但电池组好像这层薄膜没有存在一样,这就可以防止它形成树突(比离子大成千上万倍)。
最新的研究发现,可以使用最新的二维材料,换句话说,由一个原子层覆盖锂正极。他们选择的材料是分层的二维六角氮化硼或石墨烯。但二维材料也存在一个缺陷,却是以一种好的方式:当它使用时,微小原子使表面形成裂缝,从而让锂离子能够通过,但却能拦截可怕的树突。这两种方法,连同斯坦福大学其他研究团队目前还不会公布,但已经进行了多年。当充电电池组可商业化时,必须具备充电效率(电能存储的百分比在充电,放电时可恢复)超过99.9%,并有更长的充电和放电时间。今天,崔博士的“碳团簇”薄膜能达到99.6%的效率,而它的二维电池组效率则在97%左右,使用周期长。想要获得最后的几个百分点需要时间,但崔博士有信心,他称有希望能量产这类电池组。锂离子电池组在 整个发电过程中会产生热量,这部分热量大多数情况下会消散。但电池组充电太久可以形成细长的锂树突,或结晶,这会导致在正极短路。短路的故障也会出现在其 他材料制成的电池组中。这就会引发“热失控”和偶尔的火灾。这就是波音787在2013年早期禁飞的原因,也是许多手提电脑和智能手机被召回的原因。除 了这一风险,对于许多科学家而言,最终目标是商业化生产本身能包含更多锂正极的电池组。锂金属正极拥有比其他材料更高的能量储蓄能力,因为锂是最密集的金 属元素,并拥有最大的功率重量比。斯坦福大学崔屹博士估算,拥有锂正极和硫负极(硫同时具有很高的能量储存能力)的电池组比目前的锂电池组效能高5倍,重 量更轻。
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