新半導(dǎo)體技術(shù)降低車用鋰電池起火風(fēng)險

盡管電動汽車發(fā)展迅速，但鋰離子電池的安全性仍然令人擔(dān)憂，其樹枝狀晶體具有多個分支，會導(dǎo)致電動汽車電池起火。據(jù)美國化學(xué)學(xué)會出版物官網(wǎng)近日消息，韓國研究人員已經(jīng)使用半導(dǎo)體技術(shù)來提高鋰離子電池的安全性。由儲能研究中心李仲基(音譯)博士領(lǐng)導(dǎo)的韓國科學(xué)技術(shù)研究所的研究小組，通過在鋰電極表面形成保護(hù)性半導(dǎo)體鈍化層，成功抑制了樹枝狀晶體的生長。

當(dāng)鋰離子電池充電時，鋰離子被輸送到陽極，并以鋰金屬的形式沉積在表面，形成樹狀結(jié)構(gòu)。這些鋰枝晶導(dǎo)致了不可控的體積波動，并導(dǎo)致固體電極與液體電解質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)，從而引起火災(zāi)。

為了防止枝晶的形成，研究小組將富勒烯(一種高電子導(dǎo)電半導(dǎo)體材料)暴露在等離子體中，導(dǎo)致在鋰電極和電解質(zhì)之間形成半導(dǎo)體鈍化碳質(zhì)層。半導(dǎo)體鈍化碳質(zhì)層允許鋰離子通過，同時由于肖特基勢壘的產(chǎn)生而阻擋電子，并阻止電子和離子在電極表面和內(nèi)部相互作用，從而阻止鋰晶體的形成和枝晶的生長。

使用鋰對稱電池在極端的電化學(xué)環(huán)境中測試了具有半導(dǎo)體鈍化碳化層的電極的穩(wěn)定性，其中典型的鋰電極在長達(dá)20次的充電/放電循環(huán)中保持穩(wěn)定;而新開發(fā)的電極穩(wěn)定性顯著增強，鋰樹枝晶生長在高達(dá)1200次的充放電循環(huán)中被抑制。此外，除了已開發(fā)的電極外，使用鈷酸鋰正極，在500次循環(huán)后保持了大約81%的初始電池容量，比傳統(tǒng)鋰電極提高了大約60%。

李仲基說：“有效地抑制鋰電極上的樹枝晶生長有助于提高電池的安全性。這項研究中提出的開發(fā)高度安全的鋰金屬電極的技術(shù)，為開發(fā)不會造成火災(zāi)風(fēng)險的下一代電池提供了藍(lán)圖。”

研究團(tuán)隊的下一個目標(biāo)是提高這項技術(shù)的商業(yè)可行性，“我們的目標(biāo)是用更便宜的材料取代富勒烯，從而使半導(dǎo)體鈍化碳層的制造更具成本效益”。