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      新半導體技術降低車用鋰電池起火風險

      來源:科技日報   2021-06-21 08:41:03

      科技日報北京6月20日電 (實習記者張佳欣)盡管電動汽車發展迅速,但鋰離子電池的安全性仍然令人擔憂,其樹枝狀晶體具有多個分支,會導致電動汽車電池起火。據美國化學學會出版物官網近日消息,韓國研究人員已經使用半導體技術來提高鋰離子電池的安全性。由儲能研究中心李仲基(音譯)博士領導的韓國科學技術研究所的研究小組,通過在鋰電極表面形成保護性半導體鈍化層,成功抑制了樹枝狀晶體的生長。

      當鋰離子電池充電時,鋰離子被輸送到陽極,并以鋰金屬的形式沉積在表面,形成樹狀結構。這些鋰枝晶導致了不可控的體積波動,并導致固體電極與液體電解質之間發生反應,從而引起火災。

      為了防止枝晶的形成,研究小組將富勒烯(一種高電子導電半導體材料)暴露在等離子體中,導致在鋰電極和電解質之間形成半導體鈍化碳質層。半導體鈍化碳質層允許鋰離子通過,同時由于肖特基勢壘的產生而阻擋電子,并阻止電子和離子在電極表面和內部相互作用,從而阻止鋰晶體的形成和枝晶的生長。

      使用鋰對稱電池在極端的電化學環境中測試了具有半導體鈍化碳化層的電極的穩定性,其中典型的鋰電極在長達20次的充電/放電循環中保持穩定;而新開發的電極穩定性顯著增強,鋰樹枝晶生長在高達1200次的充放電循環中被抑制。此外,除了已開發的電極外,使用鈷酸鋰正極,在500次循環后保持了大約81%的初始電池容量,比傳統鋰電極提高了大約60%。

      李仲基說:“有效地抑制鋰電極上的樹枝晶生長有助于提高電池的安全性。這項研究中提出的開發高度安全的鋰金屬電極的技術,為開發不會造成火災風險的下一代電池提供了藍圖。”

      研究團隊的下一個目標是提高這項技術的商業可行性,“我們的目標是用更便宜的材料取代富勒烯,從而使半導體鈍化碳層的制造更具成本效益”。

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