超声波设备改善了锂电池的充电时间和运行时间

时间:2020-02-19 17:48 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

超声波设备改善了锂电池的充电时间和运行时间

加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的研究人员开发了一种超声波发射装置,它能让金属锂电池(LMBs)更接近商业可行性。尽管研究团队的重点是LMBs,但该设备可以用于任何电池,无论其化学成分如何。

研究人员开发的设备是电池的一个组成部分,它的工作原理是发射超声波,在阳极和阴极之间的电解液中产生循环电流。这就防止了锂金属生长物的形成,即在充电过程中形成的树突,从而导致锂金属锂电池的性能下降和短路。

该设备由现成的智能手机部件制成,可以产生频率极高的声波,频率从1亿赫兹到100亿赫兹不等。在手机中,这些设备主要用于过滤无线蜂窝信号,识别和过滤语音通话和数据。研究人员用它们来在电池的电解液中产生电流。

“智能手机技术的进步确实让我们能够利用超声波来改进电池技术,”加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院(Jacobs School of engineering at UC San Diego)机械与航空航天工程教授、该研究的通讯作者詹姆斯·弗兰德(James Friend)说。

目前,从电动汽车到电子产品,LMBs还没有被认为是一个可行的选择,因为它们的寿命太短。但是这些电池的容量是当今最好的锂离子电池的两倍。例如,同样重量的锂金属电动汽车的行驶里程将是锂离子电动汽车的两倍。

超声波设备改善了锂电池的充电时间和运行时间

研究人员表示,配备该装置的金属锂电池可以充电和放电250次,锂离子电池可以充电和放电2000次以上。电池在10分钟内从0充到100%。

该论文的另一位资深作者、雅各布斯商学院(Jacobs School)纳米工程学教授刘平表示:“这项研究允许快速充电和高能电池集于一身。”“这是令人兴奋和有效的。”

该团队在《先进材料》杂志的XX期详细介绍了他们的工作。

刘说,大多数电池研究工作的重点是找到完美的化学物质,从而开发出寿命更长、充电更快的电池。相比之下,加州大学圣地亚哥分校的研究小组试图解决一个基本问题:在传统的金属电池中,阴极和阳极之间的电解质液体是静态的。因此,当电池充电时,电解液中的锂离子被耗尽,使得锂更有可能不均匀地沉积在阳极上。这反过来又会导致一种叫做树突的针状结构的形成,这种结构可以不受控制地从阳极向阴极生长,导致电池短路甚至着火。快速充电加速了这种现象。

超声波设备改善了锂电池的充电时间和运行时间

该装置通过超声波在电池中传播,使电解液流动,补充电解液中的锂,使锂在充电过程中更有可能在阳极上形成均匀、致密的沉积。

论文的第一作者、加州大学圣地亚哥分校(UC San Diego)材料科学专业的博士生黄安(音)说,这个过程中最困难的部分是设计这个设备。挑战是在极小的尺度下工作,理解所涉及的物理现象,并找到一种有效的方法将设备集成到电池中。

“我们的下一步将是把这项技术整合到商用锂离子电池中,”论文的合著者、雅各布斯学院纳米工程博士后研究员刘浩东(音)说。




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