我國(guó)科研人員研制出一種新型離子管理膜

2024-08-13 15:16:01 來源：湖南日?qǐng)?bào)

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簡(jiǎn)介：離子管理膜是一種在電池中起到離子傳導(dǎo)作用的薄膜，可以有效地控制離子在電池內(nèi)部的傳輸。然而，傳統(tǒng)的離子管理膜在面對(duì)無枝晶鋰金屬陽極時(shí)，容易出現(xiàn)枝晶生長(zhǎng)、短路等問題，影響電池的安全性和性能。為了解決這一問題，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所與先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室的科研團(tuán)隊(duì)共同攻關(guān)，利用離子徑跡技術(shù)，研制出了一種新型的離子管理膜。

離子管理膜是一種在電池中起到離子傳導(dǎo)作用的薄膜，可以有效地控制離子在電池內(nèi)部的傳輸。然而，傳統(tǒng)的離子管理膜在面對(duì)無枝晶鋰金屬陽極時(shí)，容易出現(xiàn)枝晶生長(zhǎng)、短路等問題，影響電池的安全性和性能。為了解決這一問題，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所與先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室的科研團(tuán)隊(duì)共同攻關(guān)，利用離子徑跡技術(shù)，研制出了一種新型的離子管理膜。

近日，記者從中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所獲悉，該所科研人員和先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，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，為多功能電池隔膜的設(shè)計(jì)和研制，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。相關(guān)成果日前發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》上。

在眾多鋰電池陽極材料中，鋰金屬陽極因其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(zhǎng)期循環(huán)過程中，鋰金屬陽極鋰枝晶生長(zhǎng)以及鋰金屬與電解液的副反應(yīng)，會(huì)造成電池性能下降并帶來嚴(yán)重的安全問題，阻礙了它進(jìn)一步的商業(yè)化應(yīng)用。

近年來，科研人員一直在努力尋求解決鋰枝晶生長(zhǎng)問題。研究發(fā)現(xiàn)，均勻的鋰離子分布可實(shí)現(xiàn)鋰金屬陽極表面鋰均勻沉積并抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所科研人員基于蘭州重離子研究裝置(HIRFL)，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(dòng)并實(shí)現(xiàn)鋰離子選擇性傳輸。

該離子管理膜憑借獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性，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(shí)將鋰金屬陽極表面鋰離子濃度波動(dòng)降至最低，使用該隔膜表現(xiàn)出優(yōu)異的抑制鋰枝晶的性能。鋰/鋰電池應(yīng)用該隔膜后，在1毫安每平方厘米條件下，可穩(wěn)定循環(huán)1200小時(shí)，超過傳統(tǒng)商業(yè)隔膜2倍多;對(duì)于鋰/磷酸鐵鋰電池，該工藝可使比容量達(dá)到146毫安時(shí)每克，并在1000次循環(huán)后保持79.84%的容量，顯著高于傳統(tǒng)多孔隔膜，即現(xiàn)有商業(yè)隔膜的水平。

據(jù)介紹，這種新型離子管理膜的研發(fā)成功，為多功能電池隔膜的設(shè)計(jì)和研制提供了新的思路。在未來的研究中，科研團(tuán)隊(duì)還將繼續(xù)優(yōu)化這種膜的性能，以滿足高性能鋰金屬電池的需求。此外，這一成果還將為鋰金屬電池在儲(chǔ)能、動(dòng)力等領(lǐng)域的應(yīng)用提供有力支持，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。