手機信息：馴服樹突可能帶來更好的鋰離子電池

智能手機是信息技術的一大重要技術之一，我們現在已經進入了智能手機時代。智能手機已滲透了社會的每個領域，為人們的生活帶來了極大的便利，足不出戶就可以知曉世界發生的一切。這就給大家分析一篇關于手機的文章。

研究人員已經了解了鋰離子電池中由“樹突”的形成和生長引起的一種常見故障的機制，這一發現有助于設計出更快的充電和更長時間的電池。

樹突是在電池內部生長的鋰結構。由于它們在暴露于快速充電所需的大電流時生長得更快，枝晶限制了充電速度。

普渡大學材料工程學教授埃德溫·加西亞說：“我們都有過在機場等手機充電兩三個小時的經歷。”“更好地控制枝晶生長將導致更快的充電。”.

電池有兩個電極，稱為陽極和陰極，由絕緣聚合物隔開。生長在針狀形狀中的枝晶可能會破壞分離阻擋層，破壞電池。

新的研究結果在11月1日發表在“納米能源”(NanoEnergy)雜志上的一篇在線論文中得到了詳細介紹，并將在未來的印刷期上發表。這篇論文由研究生Aniruddha Jana和García撰寫。

他們以前的研究側重于樹突的基本機制和電化學。

加西亞說：“從那以后，我們發現實際上這個問題比我們想象的要復雜得多，那就是存在著內部的行為機制。”

已經知道樹突有兩種生長模式。在一種模式中，鋰在地層的尖端或蓋層上累積，產生逐漸膨脹。在第二種模式下，枝晶從底部生長，這比尖端膨脹更快、更危險。

然而，到目前為止，第二種增長形式的機制尚不清楚。研究發現，在蓋子中加入鋰會產生壓力，從而導致基底的指數增長。

"結果證明鋰是一種牙膏的管子，"說."它真的很柔軟，當你加入鋰時，它就會應力枝晶，就像擠壓管子一樣。它只是噴出了。"

這一發現還揭示了第三種枝晶生長模式--混合生長機制，它將這兩種模式結合在一起。

新發現將結合到更復雜的模型中，以研究和預測枝晶生長和改進的電池設計。

“了解枝晶生長的機制是控制它們的第一步，”他說。“這使我們能夠找到更現實的策略來減緩樹枝晶的生長，從而使電池更加安全，并找到更好的充電策略。”

解決這一問題的一種方法是促使鋰均勻地、相對平坦地生長，而不是以非均勻和有針對性的方式生長。異質生長意味著枝晶在陽極表面的不同位置不均勻地生長。García說，如果它們能夠以一種更加可控的方式均勻生長，那么電池的設計就可以適應這種增長，從而防止地層到達陰極。

枝晶對諸如鋰陽極的電池和鋰空氣電池的新興類型的電池構成了更加顯著的問題。

今天的電池中的陽極是由碳構成的，而這些新型電池中的陽極將由純鋰制成，這將使電池的容量增加10倍，但更容易受到樹突的影響。

研究人員建立了一個“枝晶生長動力學統一的理論框架”，評估了不同的枝晶形成和生長驅動力的貢獻，并確定了五種“鋰生長機制”。

García說：“這些發現為設計無樹枝狀鋰基陽極提供了路線圖，作為確定無樹突化學物質的墊腳石。”

Jana對研究進行了數學計算，并創建了與電池正被充電時的枝晶生長相關的各種類型的微結構的目錄。