斯坦福大學開發新的數學模型 推動下一代鋰金屬電池發展

與鋰離子電池相比，鋰金屬電池的能量密度更高，充電速度更快，重量也更輕，但其商業應用一直受限，其中一個主要原因是枝晶生長問題。據外媒報道， （Stanford University）開展新的研究，從理論角度探討枝晶問題，為制造更好、更安全的鋰金屬電池開辟了道路。

（圖片來源：斯坦福大學）

該校研究人員開發了一個數學模型，將形成枝晶的物理和化學過程整合在一起。該模型顯示，更換具有某些特性的新電解質，可以減緩甚至完全阻止枝晶生長。鋰離子通過電解質在電池的兩個電極之間移動。研究人員表示，這項研究旨在指導設計壽命更長的鋰金屬電池。

設計方向

為了解枝晶形成的原因，研究人員開發了關于電池內部電場和鋰離子通過電解質材料傳輸的數學表達式，以及其他相關機制。

憑借這項研究的結果，研究人員可以專注于（物理上）合理材料和構建組合。研究人員Hamdi Tchelepi表示：“希望其他研究人員此為基礎，設計具有適當屬性的設備，并減少在實驗室中反復進行試驗的次數，以及實驗變化的范圍。”

具體來說，這項研究希望實現新的電解質設計策略，包括追求材料的各向異性，即在不同的方向上表現出不同的性質。使用各向異性電解質，可以微調離子傳輸和界面化學之間復雜的相互作用，阻止枝晶形成。研究人員指出，一些液晶和凝膠顯示出類似特性。

該研究發現的另一種方法集中在電池隔膜上，這種薄膜可以防止電池兩端的電極接觸和短路。通過設計具有孔隙特征的新型隔膜，可使鋰離子以各向異性方式在電解質中往返傳輸。

構建和測試

該團隊希望，其他研究人員能夠跟進這項研究發現的“線索”。下一步將基于實驗性新電解質配方和電池架構，制造和測試真實的設備，以驗證其有效性、可擴展性和成本。

在此基礎上，研究人員致力于構建成熟的鋰金屬電池系統（DABS）的虛擬表示形式，也就是所謂的“數字化身”，以不斷提升這些領先儲能設備的性能。

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