新半导体技术降低车用锂电池起火风险

尽管电动汽车发展迅速,但锂离子电池的安全性仍然令人担忧,其树枝状晶体具有多个分支,会导致电动汽车电池起火。据美国化学学会出版物官网近日消息,韩国研究人员已经使用半导体技术来提高锂离子电池的安全性。由储能研究中心李仲基(音译)博士领导的韩国科学技术研究所的研究小组,通过在锂电极表面形成保护性半导体钝化层,成功抑制了树枝状晶体的生长。

当锂离子电池充电时,锂离子被输送到阳极,并以锂金属的形式沉积在表面,形成树状结构。这些锂枝晶导致了不可控的体积波动,并导致固体电极与液体电解质之间发生反应,从而引起火灾。

为了防止枝晶的形成,研究小组将富勒烯(一种高电子导电半导体材料)暴露在等离子体中,导致在锂电极和电解质之间形成半导体钝化碳质层。半导体钝化碳质层允许锂离子通过,同时由于肖特基势垒的产生而阻挡电子,并阻止电子和离子在电极表面和内部相互作用,从而阻止锂晶体的形成和枝晶的生长。

使用锂对称电池在极端的电化学环境中测试了具有半导体钝化碳化层的电极的稳定性,其中典型的锂电极在长达20次的充电/放电循环中保持稳定;而新开发的电极稳定性显著增强,锂树枝晶生长在高达1200次的充放电循环中被抑制。此外,除了已开发的电极外,使用钴酸锂正极,在500次循环后保持了大约81%的初始电池容量,比传统锂电极提高了大约60%。

李仲基说:“有效地抑制锂电极上的树枝晶生长有助于提高电池的安全性。这项研究中提出的开发高度安全的锂金属电极的技术,为开发不会造成火灾风险的下一代电池提供了蓝图。”

研究团队的下一个目标是提高这项技术的商业可行性,“我们的目标是用更便宜的材料取代富勒烯,从而使半导体钝化碳层的制造更具成本效益”。

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