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斯坦福大学开发新的数学模型 推动下一代锂金属电池发展

盖世汽车 Elisha 2022-06-22 17:40:03

盖世汽车讯 与锂离子电池相比,锂金属电池的能量密度更高,充电速度更快,重量也更轻,但其商业应用一直受限,其中一个主要原因是枝晶生长问题。据外媒报道,斯坦福大学(Stanford University)开展新的研究,从理论角度探讨枝晶问题,为制造更好、更安全的锂金属电池开辟了道路。

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(图片来源:斯坦福大学)

该校研究人员开发了一个数学模型,将形成枝晶的物理和化学过程整合在一起。该模型显示,更换具有某些特性的新电解质,可以减缓甚至完全阻止枝晶生长。锂离子通过电解质在电池的两个电极之间移动。研究人员表示,这项研究旨在指导设计寿命更长的锂金属电池。

设计方向

为了解枝晶形成的原因,研究人员开发了关于电池内部电场和锂离子通过电解质材料传输的数学表达式,以及其他相关机制。

凭借这项研究的结果,研究人员可以专注于(物理上)合理材料和构建组合。研究人员Hamdi Tchelepi表示:“其他研究人员可以在此基础上设计具有适当属性的设备,并减少在实验室中反复进行试验的次数,以及实验变化的范围。”

具体来说,这项研究希望实现新的电解质设计策略,包括追求材料的各向异性,即在不同的方向上表现出不同的性质。使用各向异性电解质,可以微调离子传输和界面化学之间复杂的相互作用,阻止枝晶形成。研究人员指出,一些液晶和凝胶显示出类似特性。

该研究发现的另一种方法集中在电池隔膜上,这种薄膜可以防止电池两端的电极接触和短路。通过设计具有孔隙特征的新型隔膜,可使锂离子以各向异性方式在电解质中往返传输。

构建和测试

该团队希望,其他研究人员能够跟进这项研究发现的“线索”。下一步将基于实验性新电解质配方和电池架构,制造和测试真实的设备,以验证其有效性、可扩展性和成本。

在此基础上,研究人员致力于构建成熟的锂金属电池系统(DABS)的虚拟表示形式,也就是所谓的“数字化身”,以不断提升这些领先储能设备的性能。

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