據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)斯坦福大學(xué)和SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)表在《焦耳》雜志上的一項(xiàng)研究指出，他們發(fā)明了一種新的涂層，可以使輕量金屬鋰電池安全持久，這將引領(lǐng)下一代電動(dòng)汽車(chē)的誕生。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，涂層顯著延長(zhǎng)了電池的壽命，它還通過(guò)極大地限制穿透電池正負(fù)極之間隔板的析鋰來(lái)處理燃燒問(wèn)題。

研究人員指出，金屬鋰電池每磅的能量至少比鋰離子電池多三分之一，而且非常輕，因?yàn)樗鼈兪褂幂p量鋰作為帶正電荷的一端，而不是更重的石墨。如果金屬鋰電池更可靠，從筆記本電腦到手機(jī)，這些便攜式電子產(chǎn)品都能從中受益，但真正的收入來(lái)源將是汽車(chē)。電動(dòng)汽車(chē)最大的阻力是電池就占據(jù)了成本的四分之一，這觸及電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)成本的核心問(wèn)題。

傳統(tǒng)鋰離子電池的容量已經(jīng)發(fā)展到了極限，因此，開(kāi)發(fā)新型電池以滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的高能量密度要求至關(guān)重要。

斯坦福大學(xué)和SLAC的研究小組在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)金屬鋰電池的正電荷端(稱為陽(yáng)極)上測(cè)試了它們的涂層，正電荷端通常形成析鋰。最終，他們將特殊涂層的陽(yáng)極與其他市場(chǎng)上可買(mǎi)到的組件結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造出一種完全可運(yùn)行的電池。經(jīng)過(guò)160次循環(huán)使用后，他們的金屬鋰電池仍能提供第一次循環(huán)時(shí)85%的電能。普通的金屬鋰電池在如此多次循環(huán)后會(huì)大概只能釋放約30%的能量，即使它們不會(huì)爆炸，作用也不大了。

這種新的涂層通過(guò)形成一個(gè)分子網(wǎng)絡(luò)來(lái)阻止析鋰的形成，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以將帶電的鋰離子均勻地輸送到電極上。它可以防止這些電池發(fā)生不必要的化學(xué)反應(yīng)，還可以減少陽(yáng)極上的化學(xué)物質(zhì)積聚以避免它們破壞電池的供電能力。

研究小組目前正在改進(jìn)其涂層設(shè)計(jì)，以便在更多周期內(nèi)測(cè)試電池及提高容量保持率。

固態(tài)復(fù)合物電極

頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Matter》8月刊登中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的馬騁教授和他的合作者最新成果。該成果提出一種新策略，可以有效解決下一代固態(tài)鋰電池中電極材料和固態(tài)電解質(zhì)接觸差這一關(guān)鍵問(wèn)題，合成出的固態(tài)復(fù)合物電極展現(xiàn)出優(yōu)異的容量和倍率性能。

當(dāng)前主流鋰電池使用液態(tài)電解質(zhì)，存在起火等安全隱患，且特定體積內(nèi)能夠儲(chǔ)存的能量有限，但能解決這些問(wèn)題的下一代固態(tài)鋰電池仍存在很多尚未攻克的難題。用固態(tài)電解質(zhì)替換傳統(tǒng)鋰離子電池中的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)可以極大緩解安全問(wèn)題，且有望突破能量密度的“玻璃天花板”。然而，主流電極材料也是固態(tài)物質(zhì)，由于兩種固態(tài)物質(zhì)之間的接觸幾乎不可能像固-液接觸那樣充分，目前使用固態(tài)電解質(zhì)的電池難以實(shí)現(xiàn)良好的電極-電解質(zhì)接觸，電池整體性能也并不令人滿意。

馬騁團(tuán)隊(duì)及其合作者通過(guò)對(duì)一種經(jīng)典鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)中的雜質(zhì)相進(jìn)行原子級(jí)觀測(cè)，雖然雜質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu)迥異，研究者卻觀察到他們的原子在界面處能以相互外延的形式排布。經(jīng)過(guò)一系列細(xì)致的結(jié)構(gòu)和化學(xué)分析，研究者發(fā)現(xiàn)這一雜質(zhì)相和高容量的富鋰層狀物電極結(jié)構(gòu)相同。

利用觀察結(jié)果，研究者將成分和鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)相同的非晶粉末在富鋰層狀物顆粒的表面做成結(jié)晶，成功地在新復(fù)合物電極中實(shí)現(xiàn)兩種固態(tài)材料間充分、緊密的接觸。解決了電極-電解質(zhì)接觸問(wèn)題，這種固-固復(fù)合物電極的倍率性能可以和固-液復(fù)合物電極相媲美。更重要的是，研究者還發(fā)現(xiàn)這種外延的固-固接觸可以容忍很大的晶格錯(cuò)配，因此他們提出的策略可適用于多種鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)和層狀電極。