據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)25日報道，日本東北大學(xué)和高能加速器研究組織的科學(xué)家，開發(fā)出一種新的復(fù)合氫化物鋰超離子導(dǎo)體。研究人員表示，通過設(shè)計氫簇（復(fù)合陰離子）結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的這一新材料，對鋰金屬顯示出了極高的穩(wěn)定性，使鋰金屬有望成為全固態(tài)電池的最終陽極材料，催生出迄今能量密度最高的全固態(tài)電池。

陽極為鋰金屬的全固態(tài)電池有望解決傳統(tǒng)鋰離子電池的電解質(zhì)泄漏、易燃和能量密度有限等問題，人們普遍認(rèn)為，鋰金屬是全固態(tài)電池的最佳陽極材料，因為它具有最高的理論容量和已知陽極材料中最低的電位。

鋰離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)是全固態(tài)電池的關(guān)鍵組成部分，但問題是，大多數(shù)現(xiàn)有的固體電解質(zhì)具有化學(xué)/電化學(xué)不穩(wěn)定性，不可避免地會在界面處引起不必要的副反應(yīng)，導(dǎo)致界面電阻增加，在重復(fù)充放電期間極大地降低電池的性能。

研究人員表示，復(fù)合氫化物在解決與鋰金屬陽極相關(guān)的問題時廣受關(guān)注，因為它們對鋰金屬陽極具有出色的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。他們得到的新型固體電解質(zhì)不僅擁有高離子導(dǎo)電性，且對鋰金屬也非常穩(wěn)定，因此，對于使用鋰金屬陽極的全固態(tài)電池來說是一個真正的突破。

研究人員表示：“這一發(fā)展不僅有助于我們未來找到基于復(fù)合氫化物的鋰離子導(dǎo)體，還將開辟固體電解質(zhì)材料領(lǐng)域的新趨勢，得到的新型固體電解質(zhì)材料有望促進(jìn)高能量密度電化學(xué)裝置的發(fā)展。”

鋰金屬相關(guān)資訊介紹：

英媒稱，鋰金屬電池的儲電量相當(dāng)于鋰離子電池的10倍，但是因為一個致命缺陷一直未被商業(yè)化：在鋰金屬電池充放電時，鋰會不均勻地聚集在電極上。這種積聚會大大縮短電池壽命，而且更重要的是，這可能會導(dǎo)致電池短路和起火。

據(jù)英國科學(xué)新聞網(wǎng)站3月15日報道，現(xiàn)在，美國伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校（UIC）的研究人員開發(fā)了一種以氧化石墨烯為涂層的“納米片”來解決這一問題：將這種納米片置于鋰金屬電池的兩個電極之間能夠防止鋰的不均勻聚集，令電池經(jīng)過數(shù)百次的充電/放電循環(huán)仍能安全工作。研究人員將研究成果刊登在美國《先進(jìn)功能材料》雜志上。

這篇研究論文的通訊作者、UIC工程學(xué)院機(jī)械與工業(yè)工程專業(yè)副教授雷扎·沙赫巴齊安-亞薩爾說：“我們的研究結(jié)果表明，二維材料——在此例中為氧化石墨烯——能夠幫助調(diào)節(jié)鋰聚集，從而延長鋰金屬電池的使用壽命?！?/p>

報道稱，在鋰離子電池中，有一個隔膜被置于電解液中。這種隔膜通常由多孔聚合物或玻璃陶瓷纖維制成，隔膜允許鋰離子通過，同時擋住其他部件，以防發(fā)生可能導(dǎo)致起火的短路。

沙赫巴齊安-亞薩爾及其同事在鋰金屬電池中使用了一種改進(jìn)的隔膜來調(diào)節(jié)鋰離子的流動，以控制鋰的聚集速度，然后觀察其是否能防止鋰樹枝狀結(jié)晶的形成。他們把氧化石墨烯噴涂到一種玻璃纖維隔膜上，從而制造出他們口中的“納米片”。

這項研究的第一作者、UIC工程學(xué)院研究生塔拉·福魯贊說，研究人員利用掃描電子顯微鏡和其他成像技術(shù)來展示，當(dāng)這種納米片被用于鋰金屬電池時，鋰電極表面會形成一層均勻的鋰膜，這實際上提高了電池性能，并且令電池更安全。

得克薩斯農(nóng)機(jī)大學(xué)的一組研究人員帶頭進(jìn)行的分子模擬表明，鋰離子暫時與氧化石墨烯結(jié)合，然后通過納米片中的納米級缺陷區(qū)擴(kuò)散。這放慢了鋰離子的通過速度，從而阻止了在電極上形成鋰的樹枝狀結(jié)晶。