蓝冠官网《Q374919 》锂离子电池的竞争对手:新的金属钾技术

伦斯勒团队找到了解决钾金属电池长期面临的问题的方法。

从手机到太阳能再到电动汽车，蓝冠 人类越来越依赖电池。随着对安全、高效和强大能源存储的需求不断上升，对可充电锂离子电池的替代品的呼声也在不断上升。可充电锂离子电池一直是该领域的主导技术。

研究发表在美国国家科学院院刊》上,伦斯勒理工学院的研究人员演示如何克服一个持久的挑战被称为树突创建一个执行近的金属电池以及锂离子电池,但依赖钾——更丰富和更少的昂贵的元素。

“就性能而言，它可以与传统的锂离子电池相媲美。——Nikhil Koratkar

电池有两个电极——一端是阴极，另一端是阳极。如果你要观察锂离子电池的内部结构，你通常会发现一个由氧化锂钴制成的阴极和一个由石墨制成的阳极。在充放电过程中，锂离子在这两个电极之间来回流动。

在这个实验中，如果研究人员简单地用钴酸钾代替钴酸锂，性能就会下降。钾是一种较大、较重的元素，因此能量密度较小。相反，Rensselaer团队希望通过用金属钾代替石墨阳极来提高钾的性能。

“就性能而言，蓝冠官网 它可以与传统的锂离子电池相匹敌，”伦斯勒机械、航空航天和核工程学院的教授尼基尔·卡拉特卡(Nikhil Koratkar)说，他也是这篇论文的第一作者。

虽然金属电池已显示出巨大的前景，但传统上它们也一直受到阳极上称为树突的金属沉积的困扰。电池在反复充放电过程中由于金属钾的不均匀沉积而形成枝晶。Koratkar解释说，随着时间的推移，金属钾集团变得很长，几乎像树枝。

如果它们长得太长，最终会刺穿绝缘隔膜，这种隔膜是为了防止电极彼此接触而导致电池短路。当电池短路时，就会产生热量，并有可能使设备内的有机电解质着火。

在这篇论文中，Koratkar和他的团队——其中包括伦斯勒的博士生Prateek Hundekar，以及来自马里兰大学的研究人员，包括化学和生物分子工程学教授王春生——解释了他们对这个问题的解决方案如何为实际的消费者使用铺平道路。通过操作电池在一个相对较高的充放电率，他们可以提高电池内部的温度在一个良好的控制方式，并鼓励树突自愈离开阳极。

Koratkar将这种自我修复过程比作暴风雪结束后的一堆雪。风和太阳帮助雪堆上的雪花移动，缩小了它的大小，蓝冠注册 最终使它变平。

同样地，虽然电池内部温度的升高不会融化金属钾，但它确实有助于激活表面扩散，使钾原子横向移动离开他们创造的“堆”，有效地平滑树突。

“这种方法的想法是，在晚上或者当你不用电池的时候，你会有一个电池管理系统，可以利用当地的热量，使树晶自我愈合，”Koratkar说。

此前，Koratkar和他的团队用锂金属电池演示了类似的自我修复方法，但他们发现钾金属电池完成自我修复过程所需的热量要少得多。Koratkar说，这一有希望的发现意味着金属钾电池可以更高效、更安全、更实用。

“我希望看到一个向金属电池转变的范例，”Koratkar说。“金属电池是制造电池最有效的方法;然而，由于这种树突问题，它们一直不可行。对于钾，我更有希望。”