增加电极上的流速减少了表面枝晶的生长。信用:简迪万加州大学戴维斯分校化学工程系副教授简迪万的团队在科学进展发表的一篇新论文提出了一种解决可充电锂金属电池中枝晶生长的潜在方法。在这篇论文中，万的团队证明了在阴极附近流动的离子可以潜在地延长这些下一代可充电电池的安全性和寿命。锂金属电池使用锂金属作为阳极。这些电池的充电密度很高，能量可能是conv传统锂离子电池的两倍，但安全性是一个大问题。当它们充电时，一些离子在阴极表面被还原成锂金属，并形成不规则的树状微结构，称为枝晶，最终会导致短路甚至爆炸。
该理论认为枝晶生长是由锂离子在阴极表面附近的传质和还原速率的竞争引起的。当离子的还原速度比质量转移快得多时，它会在阴极附近产生一个称为空间电荷层的电子中性间隙，其中不含离子。这一层的不稳定性被认为可以利用枝晶生长，因此减少或消除它可能会减少枝晶生长，从而延长电池的寿命。
枝晶生长减少了99%
万的想法是让离子在微流体通道中流经阴极，以恢复电荷并抵消这一间隙。在论文中，该团队概述了他们的概念验证测试，发现这种离子流可以将枝晶生长减少高达99%。
对于万来说，这项研究令人兴奋，因为它展示了将微流体应用于电池相关问题的有效性，并为该领域的未来研究铺平了道路。
“通过这项基础研究和微流体方法，我们能够定量了解流动对枝晶生长的影响，”他说。“还没有多少团体研究过这个。”
尽管不可能将微流体技术直接应用到真正的电池中，但万的团队正在寻找替代方法来应用这项研究的基本原理，并在阴极表面附近引入局部流动来补偿阳离子并消除空间电荷层。
“我们非常兴奋地探索我们研究的新应用，”他说。"我们已经在着手设计阴极表面以引入对流."
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