美國倫斯勒理工學(xué)院的研究人員克服一個(gè)存在已久的問題 - 電池枝晶，打造了一種與鋰離子電池性能一樣好的金屬電池 – 鉀電池。

蓋世汽車訊 從手機(jī)、到太陽能、再到電動(dòng)汽車，人們?cè)絹碓揭蕾囉陔姵?。隨著人們對(duì)安全、高效、強(qiáng)大儲(chǔ)能設(shè)備的需求不斷增長(zhǎng)，而可充電鋰離子電池一直是電池領(lǐng)域內(nèi)的主導(dǎo)技術(shù)，人們對(duì)尋找此種電池的替代品的需求也在不斷增長(zhǎng)。

據(jù)外媒報(bào)道，美國倫斯勒理工學(xué)院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人員展示了如何克服一個(gè)一直存在的電池問題 – 電池枝晶，打造了一種與鋰離子電池性能一樣好的金屬電池 – 鉀電池。相對(duì)于鋰，鉀是一種儲(chǔ)量更豐富、價(jià)格更便宜的元素。

電池有兩個(gè)電極，一端是陰極，另一端是陽極。如果查看鋰離子電池的內(nèi)部，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)由鈷酸鋰制成的陰極以及一個(gè)由石墨制成的陽極。在電池充放電過程中，鋰離子會(huì)在兩個(gè)電極之間來回流動(dòng)。

在此種情況下，如果研究人員只簡(jiǎn)單地用鈷酸鉀取代鈷酸鋰，電池性能會(huì)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(xué)院團(tuán)隊(duì)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(xué)院機(jī)械、航空航天和核工程知名教授兼該論文的第一作者Nikhil Koratkar表示：“就性能而言，此種鉀電池可與傳統(tǒng)的鋰離子電池相媲美?！?/p>

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(dāng)電池經(jīng)歷反復(fù)的充放電循環(huán)時(shí)，由于金屬鉀沉積不均勻就會(huì)形成枝晶。Koratkar解釋表示，隨著時(shí)間推移，鉀金屬沉積物會(huì)變得越來越長(zhǎng)，長(zhǎng)得像樹枝。

如果此類沉積物長(zhǎng)得太長(zhǎng)，最終會(huì)刺穿絕緣隔膜，而絕緣隔膜的作用是防止電極相互接觸，因此最終會(huì)導(dǎo)致電池短路。當(dāng)電池短路，而電池內(nèi)部的有機(jī)電解質(zhì)著火時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱量。

在該論文中，Koratkar與團(tuán)隊(duì)成員（包括倫斯勒理工學(xué)院博士生Prateek Hundekar、化學(xué)和生物分子工程系教授Chunsheng Wang等馬里蘭大學(xué)研究員）解釋了他們的解決方案為此種電池的實(shí)際應(yīng)用鋪平了道路。通過以較高的充放電速率運(yùn)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(fù)的過程比作暴風(fēng)雪結(jié)束后，雪堆的變化。風(fēng)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(huì)熔化金屬鉀，但確實(shí)有助于激活鉀金屬的表面，使鉀原子擴(kuò)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(shí)，得到一個(gè)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(fù)?！?/p>

Koratkar及其團(tuán)隊(duì)此前曾演示過類似的方法，讓鋰金屬電池的枝晶自我修復(fù)，不過，他們發(fā)現(xiàn)，鉀金屬電池完成自我修復(fù)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(shí)用。