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我科學(xué)家研制出離子管理膜

2024-08-06 16:12:30來(lái)源：光明日報

記者5日從中國科學(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)驗室相關(guān)團隊合作，利用離子徑跡技術(shù)研制出一種面向無(wú)枝晶鋰金屬陽(yáng)極的離子管理膜，為多功能電池隔膜的設計和研制，以及解決高性能鋰金屬電池的安全性問(wèn)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(yáng)極材料中，鋰金屬陽(yáng)極因其具有最高的理論比容量和低電化學(xué)電位而受到持續關(guān)注。然而，在長(cháng)期循環(huán)過(guò)程中，鋰金屬陽(yáng)極鋰枝晶生長(cháng)以及鋰金屬與電解液的副反應，會(huì )造成電池性能下降并帶來(lái)嚴重的安全問(wèn)題，阻礙了它進(jìn)一步的商業(yè)化應用。

  近年來(lái)，科研人員一直在努力尋求解決鋰枝晶生長(cháng)問(wèn)題。研究發(fā)現，均勻的鋰離子分布可實(shí)現鋰金屬陽(yáng)極表面鋰均勻沉積并抑制鋰枝晶生長(cháng)。中國科學(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、荷負電性的納米通道，可作為離子分配器和“鋰離子導向器”，減小鋰離子濃度波動(dòng)并實(shí)現鋰離子選擇性傳輸。

  該離子管理膜憑借獨特的結構和化學(xué)特性，具有較高的離子電導率和優(yōu)異的鋰離子轉移數，同時(shí)將鋰金屬陽(yáng)極表面鋰離子濃度波動(dòng)降至最低，使用該隔膜表現出優(yōu)異的抑制鋰枝晶的性能。鋰/鋰電池應用該隔膜后，在1毫安每平方厘米條件下，可穩定循環(huán)1200小時(shí)，超過(guò)傳統商業(yè)隔膜2倍多；對于鋰/磷酸鐵鋰電池，該工藝可使比容量達到146毫安時(shí)每克，并在1000次循環(huán)后保持79.84%的容量，顯著(zhù)高于傳統多孔隔膜，即現有商業(yè)隔膜的水平。

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