隨著鋰電池的循環(huán)次數(shù)的增多，它們會(huì)積聚與電極斷開的小島狀惰性鋰，從而降低電池存儲(chǔ)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(gè)電極蠕動(dòng)，直到它重新連接。


添加這個(gè)額外的步驟減緩了他們測(cè)試電池的退化，并將其壽命延長(zhǎng)了近 30%。


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


大量研究正在尋找方法來(lái)制造比目前用于手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)汽車的鋰離子技術(shù)更輕、壽命更長(zhǎng)、安全性更高、充電速度更快的可充電電池。一個(gè)特別的重點(diǎn)是開發(fā)鋰金屬電池，它可以按體積或重量存儲(chǔ)更多的能量。例如，在電動(dòng)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(lái)回穿梭。隨著時(shí)間的推移，一些金屬鋰變得電化學(xué)惰性，形成孤立的鋰島，不再與電極連接。這會(huì)導(dǎo)致容量損失，并且是鋰金屬技術(shù)和鋰離子電池快速充電的一個(gè)特殊問(wèn)題。


在新研究中，研究人員證明他們可以調(diào)動(dòng)和回收分離的鋰以延長(zhǎng)電池壽命。


科學(xué)家們制造了一個(gè)帶有鋰鎳錳鈷氧化物 (NMC) 陰極、鋰陽(yáng)極和中間的孤立鋰島的光學(xué)電池。該測(cè)試設(shè)備使他們能夠?qū)崟r(shí)跟蹤使用時(shí)電池內(nèi)部發(fā)生的情況。


他們發(fā)現(xiàn)孤立的鋰島根本沒(méi)有“死”，而是對(duì)電池運(yùn)行做出反應(yīng)。給電池充電時(shí)，島慢慢向陰極移動(dòng)；放電時(shí)，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(nèi)拉動(dòng)，以納米級(jí)為單位移動(dòng)。在這種情況下，它通過(guò)在一端溶解并將材料沉積到另一端來(lái)運(yùn)輸。如果我們能讓鋰蠕蟲保持移動(dòng)，它最終會(huì)接觸到陽(yáng)極并重新建立電連接。


延長(zhǎng)壽命


科學(xué)家們用其他測(cè)試電池并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬驗(yàn)證的結(jié)果，也證明了如何通過(guò)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(guò)程中將分離的鋰向陽(yáng)極移動(dòng)，并且這些運(yùn)動(dòng)在更高的電流下更快，因此，在電池充電后立即添加了一個(gè)快速、高電流的放電步驟，這將隔離的鋰移動(dòng)到足夠遠(yuǎn)的距離以將其與陽(yáng)極重新連接。這會(huì)重新激活鋰，因此它可以參與電池的壽命。


這對(duì)設(shè)計(jì)和開發(fā)更堅(jiān)固的鋰金屬電池也具有廣泛的意義。


這項(xiàng)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(shù)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(píng)估 (XCEL) 計(jì)劃資助。