中國儲能網訊：近期，美國哈佛大學工程與應用科學學院（Harvard John A. Paulson School Of Engineering And Applied Sciences，簡稱SEAS）的研究人員開發(fā)了一種新型鋰金屬電池，可以充放電循環(huán)至少6000次，比任何其他袋式電池都要多，而且可以在幾分鐘內完成充電。
這項研究不僅描述了一種用鋰金屬陽極制造固態(tài)電池的新方法，而且為這些潛在的革命性電池的材料提供了新的認識。最新研究成果已于近期發(fā)表在了《自然材料》雜志上。
SEAS材料科學副教授、該論文的資深作者Xin Li說，“鋰金屬陽極電池被認為是電池的圣杯，因為它們的容量是商用石墨陽極的十倍，可以大大增加電動汽車的行駛距離。我們的研究是朝著工業(yè)和商業(yè)應用中更實用的固態(tài)電池邁出的重要一步。”
眾所周知，設計這些電池的最大挑戰(zhàn)之一是陽極表面枝晶的形成。這些結構像根一樣生長在電解液中，并刺穿分離陽極和陰極的屏障，導致電池短路甚至著火。
2021年，Li和他的團隊通過設計一種多層電池，在陽極和陰極之間夾入不同穩(wěn)定性的不同材料，提供了一種處理枝晶的方法。這種多層、多材料的設計不是通過完全阻止鋰枝晶的滲透，而是通過控制和包含它們來阻止鋰枝晶的滲透。
在這項新研究中，該團隊通過在陽極中使用微米大小的硅顆粒來收縮鋰化反應，并促進厚層鋰金屬的均勻電鍍，從而阻止枝晶的形成。
在這種設計中，當鋰離子在充電過程中從陰極移動到陽極時，鋰化反應在淺表面受到限制，離子附著在硅顆粒的表面，但不會進一步滲透。
這與液態(tài)鋰離子電池的化學性質明顯不同，液態(tài)鋰離子通過深度鋰化反應滲透，最終破壞陽極中的硅顆粒。而在固態(tài)電池中，硅表面的離子被壓縮，并經歷鋰化的動態(tài)過程，在硅芯周圍形成鋰金屬鍍層。
Li說，“在我們的設計中，鋰金屬被包裹在硅顆粒周圍。這些被涂覆的顆粒形成了一個均勻的表面，電流密度均勻分布，防止了枝晶的生長。而且，由于電鍍和剝離可以在平坦的表面上快速發(fā)生，電池只需10分鐘即可完成充電。”
在實驗中，研究人員制造了一個郵票大小的袋式電池，比大多數(shù)大學實驗室制造的硬幣電池大10到20倍。這種電池在6000次循環(huán)后仍能保持80%的容量，優(yōu)于當今市場上的其他袋式電池。
據(jù)悉，這項技術已經通過哈佛技術發(fā)展辦公室授權給電池技術公司Adden Energy。該公司已將這項技術擴大到制造智能手機大小的袋式電池。
