了解锂如何对充电和放电产生的压力做出反应 电池可能意味着更安全、更好的电池。
有句老话说：“先学会走，然后才能学会跑。”尽管有这样的 智慧，许多行业跳过基础知识并报名参加马拉松，包括 电池行业。
锂离子电池在提高存储容量方面有着令人难以置信的希望，但它们 是不稳定的。我们都听说过有关手机中锂离子电池的新闻——大多数 尤其是三星 Galaxy 7——导致手机起火。
大部分问题是由于在内部使用易燃液体电解质而引起的 电池。一种方法是使用不可燃固体电解质和 锂金属电极。这会增加电池的能量 同时减少火灾的可能性。
本质上，目标是制造下一代固态电池 别去繁荣。这个旅程是从根本上了解锂。
“每个人都只关注电池的储能组件，”说道埃里克·赫伯特，助理教授材料科学与工程足球比赛结果。 “很少有研究小组对 了解机械元件。但你瞧，我们发现 锂本身的机械性能可能是这个难题的关键。”
足球比赛结果的研究人员为获得基本了解做出了重大贡献 锂的研究结果今天发表在受邀的三篇论文系列中，由联合发布和。该团队包括赫伯特和斯蒂芬·哈克尼，材料科学与工程教授，以及毕业生 Violet Thole 足球比赛结果的学生，橡树岭国家实验室和 Sudharshan 的 Nancy Dudney Phani 在粉末冶金及新材料国际先进研究中心 材料。他们分享的结果强调了锂机械性能的重要性 控制下一代电池的性能和安全性的行为。
就像冻融循环损坏混凝土一样，锂枝晶会损坏电池
锂是一种极其活泼的金属，因此很容易出现不良行为。但它 也非常擅长储存能量。我们想要我们的手机（以及电脑、平板电脑和 其他电子设备）尽快充电，电池制造商也是如此 面临双重压力：制造能够快速充电的电池，在两者之间传递电荷 尽可能快地正极和负极，并使电池可靠 被反复扣费。
锂是一种非常柔软的金属，但在电池运行过程中它的表现并不如预期。 电池充电和放电过程中不可避免地产生的安装压力 产生称为枝晶的微观锂指，以填充预先存在的和 之间的界面上不可避免的微观缺陷——凹槽、孔隙和划痕 锂阳极和固体电解质隔膜。
在持续循环过程中，这些树突会强行进入，并最终 通过物理分隔阳极和阴极的固体电解质层。 一旦枝晶到达阴极，设备就会短路并发生故障，通常会造成灾难性的后果。 赫伯特和哈克尼的研究重点是锂如何减轻压力 在固态电池充电和放电过程中自然形成。
他们的工作记录了锂在亚微米长度尺度上的非凡行为——钻孔 深入了解锂最小且可以说是最令人困惑的属性。通过缩进 研究人员探索了用金刚石尖端探针使金属变形的锂薄膜 金属如何对压力做出反应。他们的结果证实了意想不到的高强度 今年早些时候报道的小尺寸锂.
赫伯特和哈克尼在这项研究的基础上提供了首个机械 解释了锂惊人的高强度。
锂能够扩散或重新排列自己的原子或离子，以试图缓解 压头施加的压力向研究人员展示了压头的重要性 锂变形的速度（与电池充电的速度有关） 并排出），以及安排中的缺陷和偏差的影响 构成阳极的锂离子。
深入了解锂的行为
在文章“中”，研究人员测量了锂的弹性特性以反映 锂离子的物理取向。这些结果强调了必要性 将锂的方向相关弹性特性纳入所有未来的模拟中 工作。赫伯特和哈克尼还提供了实验证据表明锂 可能具有增强的将机械能转化为长度尺度的热量的能力 小于 500 纳米。
在接下来的文章中，“”，赫伯特和哈克尼记录了锂在长度尺度上非常高的强度 小于500纳米，他们提供了自己的原始框架，旨在 解释锂的压力管理能力是如何通过扩散控制的 材料变形的速率。
最后，在“”，作者提供了一个统计模型，解释了在什么条件下 锂经历了一个突然的转变，进一步促进了其缓解压力的能力 压力。他们还提供了一个直接链接机械行为的模型 锂对电池性能的影响。
“我们正在尝试了解锂缓解压力的机制 与界面缺陷相称的长度尺度，”赫伯特说。改善 我们对这个基本问题的理解将直接促进 稳定的界面可促进安全、长期和高速率的循环性能。
赫伯特说：“我希望我们的工作对人们采取的方向产生重大影响 尝试开发下一代存储设备。”
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