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美国大学研发超声波发射设备 或促进锂金属电池商业化

据外媒报道,美国加州大学圣迭戈分校(University of California San Diego)的研究人员研发出一款超声波发射设备,能够进一步帮助锂金属电池(LMB)实现商业化。尽管该研究团队主要关注LMB,但该设备实际可用于任何种类的电池,无论其化学成分如何。

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研究人员研发的该款设备是此种电池中必不可少的一个部分,工作原理是发射超声波,在电池阳极和阴极之间的电解液中产生循环电流,从而阻止锂金属生产物(即在电池充电过程中形成的树突)的形成,因为树突会导致LMB性能下降并且短路。

该设备由现成的智能手机部件制成,可以产生频率极高的声波,其频率范围为1亿赫兹至100亿赫兹不等。在手机中,此类部件主要用于过滤无线蜂窝网络信号,识别和过滤语音通话和数据,而研究人员们用其在电池电解液中产生电流。

目前, LMB还未被认为是一个可行的选择,可以为电动汽车、电子产品等提供电力,因为此种电池的寿命太短。但是,此种电池的容量是当今性能最好的锂离子电池的2倍,即配备同样重量锂金属电池的电动汽车的续航里程是锂离子电池电动汽车的两倍。

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研究人员表示,配备该设备的锂金属电池可充放电250次,而锂离子电池可以充放电2000多次。此外,此类电池可以在10分钟内将电量从0充到100%,即实现快速充电的高能量电池。

大多数电池研究主要关注于找到完美的化学物质来研发寿命更长、充电更快的电池,对比之下,加州大学圣迭戈分校研究小组则试图解决一个基本问题:在传统金属电池中,阴极和阳极之间的电解液是静态的,因此,当电池处于充电状态时,电解液中的锂离子会被耗尽,使得锂金属不均匀沉积在阳极的可能性更大,反过来还会导致一种称为“树突”的针状结构的形成,此种结构会不受控制地从阳极向阴极生长,导致电池短路甚至着火,而快速充电又会加剧此种现象。

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不过,研究人员研发的该设备会发射超声波,在电池中传播,使得电解液可以流动,补充了电解液中的锂,使锂在充电过程中更有可能在阳极上均匀、密集地沉积。

加州大学圣迭戈分校材料科学专业博士生An Huang表示,该过程中最困难的部分就是研发该设备,需要在极小的电池上进行研究,理解其所涉及的物理学现象,找到有效的方法,将该设备集成到电池中。研究人员表示:“我们的下一步是将该项技术整合至商用锂离子电池中。”(文中图片均来自加州大学圣迭戈分校)

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