「盖世汽车」原创 美国研究人员打造枝晶自愈的钾电池 比锂离子电池更高效/更安全
盖世汽车讯 从手机、到太阳能、再到电动汽车 ， 人们越来越依赖于电池 。 随着人们对安全、高效、强大储能设备的需求不断增长 ， 而可充电锂离子电池一直是电池领域内的主导技术 ， 人们对寻找此种电池的替代品的需求也在不断增长 。
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据外媒报道 ， 美国伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人员展示了如何克服一个一直存在的电池问题 – 电池枝晶 ， 打造了一种与锂离子电池性能一样好的金属电池 – 钾电池 。 相对于锂 ， 钾是一种储量更丰富、价格更便宜的元素 。
电池有两个电极 ， 一端是阴极 ， 另一端是阳极 。 如果查看锂离子电池的内部 ， 通常会发现一个由钴酸锂制成的阴极以及一个由石墨制成的阳极 。 在电池充放电过程中 ， 锂离子会在两个电极之间来回流动 。
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在此种情况下 ， 如果研究人员只简单地用钴酸钾取代钴酸锂 ， 电池性能会下降 。 钾是一种较大较重的元素 ， 因此其能量密度较低 。 因此 ， 伦斯勒理工学院团队希望通过用金属钾取代石墨阳极 ， 以提高钾金属的性能 。
伦斯勒理工学院机械、航空航天和核工程知名教授兼该论文的第一作者Nikhil Koratkar表示：“就性能而言 ， 此种钾电池可与传统的锂离子电池相媲美 。 ”
尽管金属电池潜力巨大 ， 但是也一直因金属在阳极上沉积形成枝晶而造成困扰 。 当电池经历反复的充放电循环时 ， 由于金属钾沉积不均匀就会形成枝晶 。 Koratkar解释表示 ， 随着时间推移 ， 钾金属沉积物会变得越来越长 ， 长得像树枝 。
如果此类沉积物长得太长 ， 最终会刺穿绝缘隔膜 ， 而绝缘隔膜的作用是防止电极相互接触 ， 因此最终会导致电池短路 。 当电池短路 ， 而电池内部的有机电解质着火时 ， 就会产生热量 。
在该论文中 ， Koratkar与团队成员（包括伦斯勒理工学院博士生Prateek Hundekar、化学和生物分子工程系教授Chunsheng Wang等马里兰大学研究员）解释了他们的解决方案为此种电池的实际应用铺平了道路 。 通过以较高的充放电速率运行电池 ， 能够很好地控制电池内部温度的升高 ， 并促使枝晶自愈 ， 离开阳极 。
Koratkar将此种自我修复的过程比作暴风雪结束后 ， 雪堆的变化 。 风和太阳帮助将雪堆上的雪花吹走 ， 将雪堆缩小 ， 最终让雪堆变平 。 同样地 ， 虽然电池内部温度升高不会熔化金属钾 ， 但确实有助于激活钾金属的表面 ， 使钾原子扩散 ， 横向离开其形成的“堆” ， 有效地“抚平”了枝晶 。
Koratkar表示：“利用此种方法 ， 可以在晚上或者不使用电池时 ， 得到一个电池管理系统 ， 该系统可利用局部的热量 ， 使枝晶自我修复 。 ”
【「盖世汽车」原创 美国研究人员打造枝晶自愈的钾电池 比锂离子电池更高效/更安全】Koratkar及其团队此前曾演示过类似的方法 ， 让锂金属电池的枝晶自我修复 ， 不过 ， 他们发现 ， 钾金属电池完成自我修复的过程所需的热量要少得多 。 该发现也意味着钾金属电池可能比锂金属电池更高效、更安全、更实用 。 （文中图片均来自伦斯勒理工学院）
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