日本信州大学(ShinshuUniversity)的研究人员开发了一种抑制锂-硫(Li-S)和锂-空气(Li-air)电池中锂枝晶生长的方法。研究人员利用了最初衬底沉积(substrate-deposited)的镁和随后沉积的锂之间发生的合金化反应,使用重质碳酸镁(三氟甲磺酰基)酰胺[Mg(TFSA)2]作为电解质添加剂来抑制锂枝晶的生长。该论文发表在RSC期刊PhysicalChemistryChemicalPhysics上。
锂金属是一种较为有前途的高能量密度电池负极材料,与传统石墨(LiC6:372mAh/g-1)相比具有更高的理论容量,达3860mAh/g-1,然而,锂金属的使用存在一些安全风险,如锂枝晶的沉积,这些枝晶穿透隔膜会引起内部短路。因此,研究人员探索了多种方法来防止枝晶化,包括使用t3D基质、电解质添加剂和固体电解质等。
在最初锂枝晶形成的情况下,估计在高电场区域中发生的镁离子还原会导致形成锂-镁合金,并由此抑制进一步的形态变化。如果反应可逆地发生,则镁仅溶解并沉积在电解质和基底之间,而且,即使在长期循环中也不消耗镁源,这与SEI形成的电解质添加剂是不同的。
研究人员主要研究了在恒定电位条件下,不同浓度Mg(TFSA)2存在的锂沉积和合金化行为。虽然这种方法可以抑制枝晶的形成,但研究人员发现很难逆转,可逆性在可再充电电池中是必需的。目前,研究人员正在研究其他镁盐类型的优势,并致力于改善与锂相结合的镁盐电化学稳定性,使其更容易逆转。
研究人员希望通过这种电镀技术(platingtechnology)来解决问题,并最终实现紧凑型和高容量的电池。SusumuArai教授表示:“我们的目标是要显著改善锂沉积/溶解的可逆性,并实现至少1000次循环的稳定运行。希望电动汽车电池在充满电的情况下,续航里程可达500公里。”