中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近期，美國(guó)哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（Harvard John A. Paulson School Of Engineering And Applied Sciences，簡(jiǎn)稱SEAS）的研究人員開(kāi)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(nèi)完成充電。
這項(xiàng)研究不僅描述了一種用鋰金屬陽(yáng)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(rèn)識(shí)。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(xué)副教授、該論文的資深作者Xin Li說(shuō)，“鋰金屬陽(yáng)極電池被認(rèn)為是電池的圣杯，因?yàn)樗鼈兊娜萘渴巧逃檬?yáng)極的十倍，可以大大增加電動(dòng)汽車的行駛距離。我們的研究是朝著工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中更實(shí)用的固態(tài)電池邁出的重要一步?！?
眾所周知，設(shè)計(jì)這些電池的最大挑戰(zhàn)之一是陽(yáng)極表面枝晶的形成。這些結(jié)構(gòu)像根一樣生長(zhǎng)在電解液中，并刺穿分離陽(yáng)極和陰極的屏障，導(dǎo)致電池短路甚至著火。
2021年，Li和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)一種多層電池，在陽(yáng)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(shè)計(jì)不是通過(guò)完全阻止鋰枝晶的滲透，而是通過(guò)控制和包含它們來(lái)阻止鋰枝晶的滲透。
在這項(xiàng)新研究中，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)在陽(yáng)極中使用微米大小的硅顆粒來(lái)收縮鋰化反應(yīng)，并促進(jìn)厚層鋰金屬的均勻電鍍，從而阻止枝晶的形成。
在這種設(shè)計(jì)中，當(dāng)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(yīng)在淺表面受到限制，離子附著在硅顆粒的表面，但不會(huì)進(jìn)一步滲透。
這與液態(tài)鋰離子電池的化學(xué)性質(zhì)明顯不同，液態(tài)鋰離子通過(guò)深度鋰化反應(yīng)滲透，最終破壞陽(yáng)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(jīng)歷鋰化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，在硅芯周圍形成鋰金屬鍍層。
Li說(shuō)，“在我們的設(shè)計(jì)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(gè)均勻的表面，電流密度均勻分布，防止了枝晶的生長(zhǎng)。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(shí)驗(yàn)中，研究人員制造了一個(gè)郵票大小的袋式電池，比大多數(shù)大學(xué)實(shí)驗(yàn)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(dāng)今市場(chǎng)上的其他袋式電池。
據(jù)悉，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)通過(guò)哈佛技術(shù)發(fā)展辦公室授權(quán)給電池技術(shù)公司Adden Energy。該公司已將這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)大到制造智能手機(jī)大小的袋式電池。
