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发布时间:2020-04-08 05:28:07 来源:静海县律师网

不要现在就急着把你的电子设备塞进烤箱,不过为了更长的电池寿命,有一天你可能会把它们在不使用时烤一烤。随着时间推移,充电电池内的电极会长出微小的树枝状细丝,称为树突或枝晶,这会造成短路报废电池,乃至点着起火。但感谢新的实验和计算机模拟,加州理工学院的研究者们详细探究了如何用较高温度来分解这些枝晶 并可能延长电池寿命。

电池由正极和负极组成,当电池产生电流时,电子从阳极流出,通过外部电路,再流回阴极。阳极(锂等导电金属构成)中的一些原子失去用来产生电流的电子后变成离子,然后通过称为电解质的导电液体介质移动到负极。

给电池充电反转这个进程,离子返回并附着回阳极上,但当它们这样做时,离子附着并不均匀,相反,它们构成微观的突出,多个充电周期后,终究生长成为长长的分支。当这些树突抵达并接触阴极时就造成短路,这时候电流就流经树突而非通过外部电路,导致电池失效死亡。

电流也会加热树突,而且由于电解质经常是易燃物,树突可能会引发起火。即使树突不短路电池,它们也能整个从阳极上断落,在电解液中到处漂浮,这样阳极就损失了材料,而电池也就不能存储同样多的电量。

树突很危险,还会降低充电电池容量, 加州理工学院科学家Asghar Aryanfar说。他领导的这项新研究本周发表在美国物理联合会出版的《化学物理学报》封面上。虽然研究者们研究的是属于最有效的种类的,但他们的成果是可以广泛运用的。 枝晶问题对所有可充电电池都是普遍的, 他说。

研究者们在测试电池上生长出锂枝晶并把它们加热几天。他们发现高至55摄氏度的温度使树突缩短了多达 6%。为了弄清楚究竟是什么致使了这类缩水,研究者们使用计算机来模拟热量对构成枝晶的单个锂原子的影响,模型使用了简化的、理想化的金字塔几何形状。

模拟结果显示温度升高触发原子以两种方式移动。金字塔顶端的原子可能下落到较低高度,或者较低高度上的原子能移动并留下空穴,随后被另一个原子填补。这些原子进行洗牌运动,产生足够推倒枝晶的运动。

Aryanfar说,通过量化需要多少能量才能改变枝晶结构,研究者们能更好地了解它的结构特征。虽然有许多因素影响电池在高温下的寿命 例如其自放电倾向或另外产生的其它化学反应 这一新研究表明复活电池所需的也许只是略加炭烤。

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