隨著鋰電池的循環(huán)次數(shù)的增多，它們會積聚與電極斷開的小島狀惰性鋰，從而降低電池存儲電荷的能力。但研究小組發(fā)現(xiàn)，他們可以讓這種“死掉”的鋰向另外一個電極蠕動，直到它重新連接。


添加這個額外的步驟減緩了他們測試電池的退化，并將其壽命延長了近 30%。


研究人員正在探索使用極快的放電步驟，恢復鋰離子電池容量損失的潛力，這項研究發(fā)表在《自然》雜志上。


大量研究正在尋找方法來制造比目前用于手機、筆記本電腦和電動汽車的鋰離子技術更輕、壽命更長、安全性更高、充電速度更快的可充電電池。一個特別的重點是開發(fā)鋰金屬電池，它可以按體積或重量存儲更多的能量。例如，在電動汽車中，這些下一代電池可以增加每次充電的里程數(shù)，并可能占用更少的行李箱空間。


兩種電池類型都使用帶正電的鋰離子，在電極之間來回穿梭。隨著時間的推移，一些金屬鋰變得電化學惰性，形成孤立的鋰島，不再與電極連接。這會導致容量損失，并且是鋰金屬技術和鋰離子電池快速充電的一個特殊問題。


在新研究中，研究人員證明他們可以調動和回收分離的鋰以延長電池壽命。


科學家們制造了一個帶有鋰鎳錳鈷氧化物 (NMC) 陰極、鋰陽極和中間的孤立鋰島的光學電池。該測試設備使他們能夠實時跟蹤使用時電池內部發(fā)生的情況。


他們發(fā)現(xiàn)孤立的鋰島根本沒有“死”，而是對電池運行做出反應。給電池充電時，島慢慢向陰極移動；放電時，它向相反的方向爬行。


這就像一只非常緩慢的蠕蟲，它的頭向前一英寸，尾巴向內拉動，以納米級為單位移動。在這種情況下，它通過在一端溶解并將材料沉積到另一端來運輸。如果我們能讓鋰蠕蟲保持移動，它最終會接觸到陽極并重新建立電連接。


延長壽命


科學家們用其他測試電池并通過計算機模擬驗證的結果，也證明了如何通過修改充電協(xié)議在真正的電池中回收孤立的鋰。


研究可以在放電過程中將分離的鋰向陽極移動，并且這些運動在更高的電流下更快，因此，在電池充電后立即添加了一個快速、高電流的放電步驟，這將隔離的鋰移動到足夠遠的距離以將其與陽極重新連接。這會重新激活鋰，因此它可以參與電池的壽命。


這對設計和開發(fā)更堅固的鋰金屬電池也具有廣泛的意義。


這項工作由能源效率和可再生能源辦公室、電池材料研究 (BMR) 下的車輛技術辦公室、電池 500 聯(lián)盟和鋰離子電池的極限快速充電電池評估 (XCEL) 計劃資助。