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料倉(cāng)雙置式振動(dòng)疏通卸料機(jī),致力于解決煤倉(cāng)/料倉(cāng)/結(jié)拱/堵塞/破拱/疏通/卸料等技術(shù)難題,替代傳統(tǒng)破拱設(shè)備解決料倉(cāng)結(jié)拱堵塞/溜槽結(jié)拱堵塞/煤倉(cāng)結(jié)拱堵塞/原煤倉(cāng)結(jié)拱堵塞/混煤倉(cāng)結(jié)拱堵塞/緩沖倉(cāng)結(jié)拱堵塞/原料倉(cāng)結(jié)拱堵塞/裝車(chē)站結(jié)拱堵塞等疏通排料技術(shù)難題...

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The double-set vibrating dredge-unloader of the silo, the introduction of German technology, the built-in high-frequency vibrating lining plate of the silo, the high-efficient dredging of the silo arch blocking, the stop of the silo blocking, the complete solution of the material bonding hanging wall, pile up layer by layer to form the blockage caused by the reduction of bin capacity... also applicable to the chute and the chute under different conditions of dredge discharge..
The double-mounted vibrating dredger is dedicated to solving a series of technical problems, such as coal bunker/silo/arching/clogging/arch-breaking/dredging/discharging, etc. , replace air cannon to solve the difficult technical problems of clearing and discharging materials, such as chute arching blocking/coal bunker arching blocking/raw coal bunker arching blocking/mixed coal bunker arching blocking/buffer bunker arching blocking/raw material silo arching blocking/loading station arching blocking etc. .
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Nature Energy 報(bào)道一種新的抑制鋰枝晶的方法-應(yīng)力釋放

金屬鋰本身由于其極高的比容量(大約為石墨的十倍)和極好導(dǎo)電性,對(duì)于未來(lái)的高能量、密度高倍率電池來(lái)說(shuō),是一種極其有潛力的負(fù)極材料。但是金屬鋰電池的發(fā)展嚴(yán)重受制于鋰枝晶的產(chǎn)生。枝晶不僅會(huì)斷裂導(dǎo)致電池容量衰減,還可能刺透隔膜使電池短路引發(fā)嚴(yán)重安全問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題,科學(xué)家們提出了各種各樣的解決方案,比如使用電解液添加劑,固態(tài)電解液,人工SEI膜或者三維集流體。這些方法往往是從化學(xué),物理方法試圖控制產(chǎn)生的枝晶,并沒(méi)有從源頭上杜絕枝晶形成。

近,姜漢卿教授課題組(美國(guó)亞利桑那州立大學(xué))聯(lián)合唐銘教授課題組(美國(guó)萊斯大學(xué))以及段輝高教授課題組(湖南大學(xué)),發(fā)現(xiàn)了一種全新的抑制鋰枝晶的機(jī)制,那就是應(yīng)力釋放。作者發(fā)現(xiàn)金屬鋰在電化學(xué)沉積過(guò)程中,在集流體表面會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力,而這個(gè)壓應(yīng)力是鋰枝晶的驅(qū)動(dòng)力。作者通過(guò)軟基材料失穩(wěn),成功釋放壓應(yīng)力,實(shí)現(xiàn)了無(wú)枝晶鋰沉積。該文章發(fā)表于國(guó)際期刊《自然.能源》(Nature Energy)

圖一,軟基電極失穩(wěn)和鋰枝晶抑制示意圖

金屬電化學(xué)沉積產(chǎn)生壓應(yīng)力是一個(gè)被廣泛觀測(cè)到的事實(shí)(例如鋅,錫等),同時(shí)軟基材料上的金屬薄膜在壓應(yīng)力下會(huì)失穩(wěn)產(chǎn)生褶皺得以釋放應(yīng)力有著大量的研究(其中姜漢卿教授十幾年前曾利用這個(gè)機(jī)制研究了基于單晶硅的柔性可拉伸電子器件)。可是金屬鋰在電化學(xué)沉積中是否也產(chǎn)生壓應(yīng)力還是一個(gè)未被探索的問(wèn)題。本文作者通過(guò)銅/PDMS軟基結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),金屬鋰在沉積過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生壓力,而失穩(wěn)釋放壓應(yīng)力可以有效控制枝晶產(chǎn)生。通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察,作者發(fā)現(xiàn)鋰沉積過(guò)程會(huì)使銅膜表面有規(guī)律的皺褶,皺褶由一維變?yōu)槎S,波長(zhǎng)不變,振幅變大。這個(gè)皺褶行為可以用理論模型完美描述。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了鋰沉積過(guò)程中確實(shí)有壓應(yīng)力產(chǎn)生,而且這個(gè)壓應(yīng)力可以被釋放。

圖二,光學(xué)顯微鏡原位觀察軟基電極皺褶

圖三,輪廓曲線儀觀測(cè)皺褶形貌

進(jìn)一步的,在1 mA/cm2 電流密度下,經(jīng)過(guò)5分鐘沉積,一小時(shí)沉積和100個(gè)循環(huán),通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),能釋放應(yīng)力的軟基集流體表面并不會(huì)產(chǎn)生枝晶,而不能釋放應(yīng)力硬基銅箔上產(chǎn)生了大料尖銳濃密枝晶。這就證明了通過(guò)釋放應(yīng)力的方法,確實(shí)可以有效緩解鋰枝晶的產(chǎn)生。

圖四,掃描電子顯微鏡鋰沉積形貌觀測(cè)

同時(shí)本文作者還提出了基于壓應(yīng)力、表面鈍化、表面缺陷和鋰高擴(kuò)散系數(shù)假設(shè)的理論模型。該模型可以很好解釋鋰枝晶生長(zhǎng)的原因,預(yù)測(cè)鋰枝晶生長(zhǎng)速度以及給出防止鋰枝晶產(chǎn)生的力學(xué)設(shè)計(jì)策略。

圖五,壓應(yīng)力驅(qū)動(dòng)鋰枝晶的理論示意和結(jié)果圖。

后,通過(guò)該項(xiàng)研究還應(yīng)用方糖做為模板,制作了三維軟基電極,并且聯(lián)合優(yōu)化后的電解液對(duì)電池進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。在庫(kù)倫效率測(cè)試中,三維多孔軟基電極可以以1 mA/cm2的電流密度下循環(huán)超過(guò)200 次保持98% 以上的庫(kù)倫效率,而同樣條件下的,平面銅和三維銅泡沫在100個(gè)循環(huán)內(nèi)庫(kù)倫效率衰減到50% 以下。在3 mA/cm2高電流密度下,三維多孔軟基電極同樣能夠穩(wěn)定循環(huán)接近100次,而同等條件下的平面銅和三維銅泡沫在50個(gè)循環(huán)內(nèi)庫(kù)倫效率降到10% 以下。后在全電池測(cè)試中,三維多孔軟基電極同樣優(yōu)于平面銅和三維泡沫銅的電化學(xué)性能。

圖六,三維多孔軟基電極電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

由于此項(xiàng)工作中發(fā)現(xiàn)的鋰枝晶抑制機(jī)制來(lái)源于另外一個(gè)角度(應(yīng)力釋放),這個(gè)方法可以和其他鋰枝晶抑制機(jī)制有很好的互補(bǔ)性,例如電解液添加劑,固態(tài)電解液,人工SEI膜。這為今后進(jìn)行多個(gè)機(jī)制共同抑制鋰枝晶,以進(jìn)一步提高金屬鋰負(fù)極的性能提供了一條可行之路。

材料制備:

軟基平面電極制備:將PDMS base 和 crosslinker 以10:1 混合,在80 攝氏度下三小時(shí),固化。將固化后的電極切成面積為1平方厘米的方塊。放入濺射沉積儀中,通過(guò)濺射沉積得到厚度為200 nm, 400 nm 和800 nm的銅膜。

三維軟基電極制備:先將液態(tài)PDMS灌入連續(xù)的多孔蔗糖方塊中,固化PDMS,然后清水洗掉糖塊形成三維多孔PDMS,后通過(guò)無(wú)電沉積法,在多孔PDMS表面和內(nèi)部均勻地沉積上一層厚度約為500 nm的銅膜。

姜漢卿教授課題組感謝亞利桑那州立大學(xué)LeRoy Eyring Center for SolidState Science,唐銘課題組感謝美國(guó)能源部和萊斯大學(xué)高速計(jì)算中心,段輝高教授課題組感謝中國(guó)國(guó)家自然基金委以及國(guó)家公派留學(xué)基金委。

Xu Wang, Wei Zeng, Liang Hong, Wenwen Xu,Haokai Yang, Fan Wang, Huigao Duan, Ming Tang & Hanqing Jiang (2018)“Stress-driven lithium dendrite growth mechanism and dendrite mitigation byelectroplating on soft substrates” Nature Energy volume 3, pages 227–235 doi:10.1038/s41560-018-0104-5

原標(biāo)題:Nature Energy 報(bào)道一種新的抑制鋰枝晶的方法-應(yīng)力釋放


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