盡管電動(dòng)汽車 (EV) 發(fā)展迅速，但鋰離子 (Li-ion) 電池仍存在著火和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。在解決這個(gè)問(wèn)題的方法中，韓國(guó)研究人員使用半導(dǎo)體技術(shù)來(lái)提高他們的安全性。由儲(chǔ)能研究中心的 Joong Kee Lee 博士領(lǐng)導(dǎo)的韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院 (KIST) 的一個(gè)研究小組通過(guò)形成保護(hù)性半導(dǎo)體，成功抑制了枝晶、多分支晶體的生長(zhǎng)，這些晶體會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車電池起火鋰電極表面的鈍化層。

當(dāng)鋰離子電池充電時(shí)，鋰離子被輸送到陽(yáng)極(負(fù)極)并以鋰金屬的形式沉積在表面;此時(shí)，樹狀樹突形成。這些鋰枝晶導(dǎo)致無(wú)法控制的體積波動(dòng)，并導(dǎo)致固體電極和液體電解質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)，從而引起火災(zāi)。不出所料，這會(huì)嚴(yán)重降低電池性能。

為了防止枝晶形成，研究小組將等離子體暴露于富勒烯 (C60)，這是一種高電子導(dǎo)電性半導(dǎo)體材料，導(dǎo)致在鋰電極和電解質(zhì)之間形成半導(dǎo)體鈍化碳質(zhì)層。半導(dǎo)體鈍化碳質(zhì)層允許鋰離子通過(guò)，同時(shí)由于肖特基勢(shì)壘的產(chǎn)生而阻擋電子，并通過(guò)防止電子和離子在電極表面和內(nèi)部相互作用，阻止鋰晶體的形成和隨后的枝晶生長(zhǎng).

在極端電化學(xué)環(huán)境中使用 Li/Li 對(duì)稱電池測(cè)試具有半導(dǎo)體鈍化碳質(zhì)層的電極的穩(wěn)定性，其中典型的 Li 電極在長(zhǎng)達(dá) 20 次充電/放電循環(huán)中保持穩(wěn)定。新開發(fā)的電極顯示出顯著增強(qiáng)的穩(wěn)定性，鋰枝晶生長(zhǎng)抑制長(zhǎng)達(dá) 1,200 次循環(huán)。此外，除了已開發(fā)的電極外，還使用鈷酸鋰 (LiCoO 2 ) 正極，在 500 次循環(huán)后仍保持初始電池容量的約 81%，與傳統(tǒng)鋰電極相比提高了約 60%。

首席研究員Joong Kee Lee博士說(shuō)：“有效抑制鋰電極枝晶生長(zhǎng)有助于提高電池安全性。本研究提出的開發(fā)高安全性鋰金屬電極的技術(shù)為下一代鋰金屬電極的發(fā)展提供了藍(lán)圖。不會(huì)造成火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的電池。” Lee 博士說(shuō)，他的團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)目標(biāo)是提高這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)可行性：“我們的目標(biāo)是通過(guò)用更便宜的材料代替富勒烯，使半導(dǎo)體鈍化碳質(zhì)層的制造更具成本效益。”

標(biāo)簽： 半導(dǎo)體技術(shù)