無枝晶鋰金屬陽極是下一代高能量密度電池的關(guān)鍵組成部分。然而，傳統(tǒng)的電極材料在實際應(yīng)用過程中往往存在諸多問題，如易形成枝晶、電解液滲透以及電極性能衰減等。因此，開發(fā)一種高效、穩(wěn)定的離子管理膜成為了研究人員的重要課題。
近日，中國科學(xué)院近代物理研究所的科研人員與先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室的相關(guān)團(tuán)隊取得了一項重要科研成果。他們成功地利用離子徑跡技術(shù)，研制出一種面向無枝晶鋰金屬陽極的離子管理膜，相關(guān)研究結(jié)果已在《先進(jìn)能源材料》期刊上發(fā)表。
在眾多鋰電池陽極材料中，鋰金屬陽極因具有最高的理論比容量和低電化學(xué)電位而受到持續(xù)關(guān)注。然而，在長期循環(huán)過程中，鋰金屬陽極鋰枝晶生長以及體積膨脹，會造成電池性能下降并帶來嚴(yán)重的安全問題，阻礙了其進(jìn)一步商業(yè)化應(yīng)用。
近年來，科研人員一直致力于解決鋰枝晶生長問題。研究發(fā)現(xiàn)，均勻的鋰離子分布，可實現(xiàn)鋰金屬陽極表面鋰均勻沉積并抑制鋰枝晶生長。作為不可或缺的鋰電池組件，隔膜不僅具有隔離電池正負(fù)極的功能，還可有效調(diào)控鋰離子分布和傳輸特性。因此，尋找兼具鋰離子“分配”“篩分”和“加速”功能的多功能隔膜，對于開發(fā)高性能鋰金屬電池具有重要意義。
科研人員利用離子徑跡技術(shù)和表面化學(xué)修飾工藝，研制出一種可有效“管理”離子分布和傳輸特性的電池隔膜——離子管理膜。該離子管理膜具有垂直排列、直徑均一、荷負(fù)電性的納米通道，可作為離子分配器和鋰離子導(dǎo)向器，減小鋰離子濃度波動并實現(xiàn)鋰離子選擇性傳輸。獨特的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性，使該離子管理膜具有較高的離子電導(dǎo)率和優(yōu)異的鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)，同時能將鋰金屬陽極表面鋰離子濃度波動降至最低。
科研人員發(fā)現(xiàn)，該離子管理膜可提升電池使用效率、延長電池使用壽命。這為設(shè)計和研制多功能電池隔膜以及解決高性能鋰金屬電池的安全性問題提供了新的思路。
此次研究成果的發(fā)布，標(biāo)志著我國在無枝晶鋰金屬陽極技術(shù)領(lǐng)域取得了重要的突破，對于推動新能源汽車、儲能設(shè)備等高性能電池的研發(fā)具有重要的意義。中國科學(xué)院近代物理研究所和廣東省實驗室將進(jìn)一步深化合作，以此為基礎(chǔ)，探索更多新的能源科學(xué)技術(shù)，以實現(xiàn)我國在清潔能源和可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的更大貢獻(xiàn)。
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