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使用钾的金属电池可以是锂离子的替代品

来自Rensselaer Polytechnic Institute的研究人员创造了一种依赖于钾代替锂离子的金属电池,这可能为消费者创造更多节能电池。

由Rensselaer Polytechnic Institute(RPI) 3月3日,2020年3月3日
RPI研究人员创造了一种使用钾而不是锂的电池,这是更便宜,更丰富,更节能的,并且可以改变电池的制造方式。礼貌:CHIS VAVRA,CFE媒体和技术

研究人员君瑞工业研究所展示他们如何克服称为树形的持续挑战,以创建几乎和锂离子电池的金属电池,而是依赖于钾 - 更丰富,更便宜的元件。

从手机到太阳能,到电动汽车,人性越来越依赖电池。随着对安全,高效和强大的能量存储的需求持续上升,所以对充电锂离子电池的有前途的替代方案来说也是如此,这是这种空间中的主要技术。

电池包含两个电极 - 一个端部的阴极和另一端的阳极。如果您要在锂离子电池内部,您通常会发现由钴氧化物和由石墨制成的阳极制成的阴极。在充电和放电期间,锂离子在这两个电极之间来回流动。

在这个设置中,如果研究人员要简单地用氧化钾氧化钾替代氧化锂氧化物,则性能会降低。钾是一种较大,更重的元素和更少的能量密度。该团队通过用钾金属替换石墨阳极来促进钾的性能。

“在绩效方面,这可以对传统的锂离子电池竞争,”瑞森斯勒的机械,航空航天和核工程教授Nikhil Koratkar说。

虽然金属电池表现出很大的希望,但它们也传统上被阳极在阳极上累积金属沉积物的累积困扰。由于电池经历重复循环的充电和放电,因此由于钾金属的不均匀沉积而形成的树突。随着时间的推移,koratkar解释说,钾金属的砾岩变得漫长而几乎是分支的。

如果它们长长,它们最终将刺穿绝缘膜分离器,以使电极彼此触摸并履行电池。当电池短路时产生热量,并且有可能将设备内的有机电解质设置在火灾中。

Koratkar和他的团队 - rensselaer的博士生,rensselaer的其他研究人员,以及马里兰大学的研究人员,包括春盛王,卓越的化学和生物分子工程教授 - 在纸上解释了他们的解决方案实际消费者使用的方式。通过以相对较高的充放电率操作电池,它们可以以良好控制的方式升高电池内的温度,并鼓励树突自愈合阳极。

koratkar将自我修复过程与风暴结束后一堆雪的情况进行了比较。风和太阳有助于将剥落从雪堆上移开,缩小其尺寸并最终将其平坦化。

以一种类似的方式,虽然电池内的温度增加不会熔化钾金属,但它确实有助于激活表面扩散,因此钾原子横向地从“桩”横向移动,有效地平滑枝晶。

“通过这种方法,这个想法是在晚上或每当你没有使用电池时,你都会有一个电池管理系统,它将适用这种当地的热量,将导致树枝状为自我愈合,”Koratkar表示。

Koratkar和他的团队以前展示了类似酸锂电池的类似方法,但它们发现钾金属电池需要更少的热量来完成自我愈合过程。这位有前途的发现,Koratkar表示,意味着钾金属电池可以更有效,安全,实用。

“我希望看到一个范式转移到金属电池,”Koratkar说。“金属电池是构建电池的最有效的方法;然而,由于这种枝形问题,他们尚不可行。用钾,我更有希望。“


Rensselaer Polytechnic Institute(RPI)
作者生物:Rensselaer Polytechnic Institute(RPI)