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德雷塞爾大學在電解質液中添加納米金剛石，防止樹突石堆積物的生成

       鋰離子電池廣泛應用在智能機和筆記本電腦，是目前商用電池中壽命最長的電池類型。但鋰電池近年來頻頻爆出故障和自燃等電池短路引起的各種問題。針對鋰電池的這一缺陷，美國德雷塞爾大學近日研發出一種新技術，將多數電池中的關鍵構件——電解質液——進行技術轉化，從而避免了引發電池安全事故的電化學反應的發生。
       德雷塞爾大學工程學院的教授Bach和博士Yury Gogotsi，領導其團隊在期刊Nature Communications上發表題為“納米金剛石對鋰樹突生長的抑制”的文章。研究描述了納米金剛石對電化學沉積的縮短工藝技術，也即電鍍，它能夠引起鋰離子電池的短路故障。
       隨著電池的使用和多次充電，所發生的電化學反應會引起電池內兩個電極之間的離子發生運動；離子的這種重新定位會生成類似卷須狀的累積物，就像巖洞里累積起來的鐘乳石一樣。這些電池內的累積物被稱之為樹突石。樹突石是引發鋰電池故障的主要原因。隨著樹突石在電池內的不斷累積生長，他們可以穿透電池的隔離膜。電池隔離膜是一種多孔聚合物薄膜，用來防止電池的正電荷部分與陰電荷部分發生接觸。而當隔離膜被樹突石穿透后，就會發生短路，鋰電池內部的高度可燃性電解質液就會發生燃燒，從而導致電池燃燒和故障。
       為避免樹突石的形成并降低電池燃燒的可能性，現在的電池在設計的時候都會采用填充有鋰的石墨電極，而不再使用純鋰電極。這種將石墨作為鋰的宿主的工藝能夠防止樹突石的形成。但是，摻雜石墨后的鋰的能量存儲比純鋰的能量存儲下降了約10倍左右。而Gogotsi博士的這項研究利用純鋰電極制備鋰電池，不僅消除了樹突石的形成，還極大提高了電池的能量存儲性能。
       Gogotsi博士說：電池安全是我們研究的一個重要議題，電子表中所用到的迷你一次性電池使用的是鋰正極，制備過程中只充一次電。但如果對其進行反復充電，就會有生長出樹突石堆積物。鋰電池雖然有一定的安全循環，但反復充電終究會導致電池短路的發生。我們的研究目的就在于讓鋰正極變得更加穩定，讓鋰鍍更加均勻一致，這樣就不會生長出樹突石堆積物。
       研究人員首先將納米金剛石添加到電解質溶液中，在沉積過程中，納米金剛石自然游離到一起并形成光滑的表面。這一特性對于消除樹突石的形成有著很重要的作用。由于鋰離子很容易粘附在納米金剛石上，研究人員采用對電極進行電鍍的方式，對納米金剛石進行電鍍處理，混合了金剛石的電解質液在100次充電循環中顯著降低了樹突石的形成。
       Gogotsi研究發現，這種混有“添加劑”的電解液可以制備出安全性能更高的鋰電池，且能量密度更大，穩定充電-放電循環長達200小時之久，這對于某些行業和軍用設備來說已綽綽有余。