美國哈佛大學(xué)工程與應用科學(xué)學(xué)院研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型鋰金屬電池。該電池可充放電至少 6000 次，比任何其他軟包電池都要多，且可在幾分鐘內就充滿(mǎn)電。該研究不僅描述了一種使用鋰金屬陽(yáng)極制造固態(tài)電池的新方法，而且還為潛在的革命性電池材料提供了新的認識。該研究發(fā)表在新一期《自然·材料》上。

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　　鋰金屬陽(yáng)極電池被認為是電池設計的發(fā)展方向，因為它們的容量是商用石墨陽(yáng)極電池的 10 倍，可大大增加電動(dòng)汽車(chē)的行駛距離。新研究是邁向工業(yè)和商業(yè)應用更實(shí)用固態(tài)電池的重要一步。

　　電池設計中最大的挑戰之一是陽(yáng)極表面枝晶的形成問(wèn)題。這些枝晶結構像樹(shù)根一樣伸展到電解質(zhì)中，刺穿分隔陽(yáng)極和陰極的屏障，導致電池短路甚至著(zhù)火。

　　2021 年，團隊曾開(kāi)發(fā)出一種處理枝晶的方法。他們設計了一種多層電池，將穩定性不同的材料夾在陽(yáng)極和陰極之間。但這種設計不能完全阻止鋰枝晶的滲透，只是通過(guò)控制和包覆來(lái)盡量防止這種滲透。

　　團隊此次通過(guò)在陽(yáng)極中使用微米級的硅顆粒來(lái)限制鋰化反應，并促進(jìn)鋰金屬層的均勻電鍍，從而阻止枝晶的形成。在該設計中，當鋰離子在充電過(guò)程中從陰極移動(dòng)到陽(yáng)極時(shí)，鋰化反應被限制在淺表面。離子附著(zhù)在硅顆粒的表面，但不會(huì )進(jìn)一步滲透。

　　在固態(tài)電池中，硅表面的離子受到限制并經(jīng)歷鋰化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，在硅核心周?chē)纬射嚱饘馘儗?。在新設計中，這些涂層顆粒形成均勻的表面，阻止了枝晶的生長(cháng)。而且，由于電鍍和剝離可在平坦的表面上快速發(fā)生，因此電池大約不到 10 分鐘即可充滿(mǎn)電。

　　研究人員制造了郵票大小的軟包電池版本，它比大多數大學(xué)實(shí)驗室制造的紐扣電池大 10 到 20 倍。該電池在 6000 次充放電循環(huán)后仍保留 80% 的電池容量，優(yōu)于當今市場(chǎng)上的其他軟包電池。

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