新型電極（來自：TexasA&M/JuranNoh）

德克薩斯州農(nóng)工大學（TexasA&M）的一支研究團隊，想到了將碳納米管摻入鋰金屬電池的電極中，以實現(xiàn)更高、更安全的充電。該校工程學院的科學家們，將研究重點放在了電池架構的改良上。據(jù)悉，傳統(tǒng)鋰電池中的鋰離子會在充放電過程中于兩極之間來回移動，其中陽極材料通常由石墨和銅的混合物制成。

這項研究是在德克薩斯農(nóng)工大學的工程學院進行的，研究的重點是具有巨大潛力的電池架構。當傳統(tǒng)的鋰電池充電和放電時，鋰離子在陰極和陽極之間來回移動，后者通常由石墨和銅的混合物制成。

不過研究團隊發(fā)現(xiàn)，使用純鋰金屬，可能是一種更好的選擇。其不僅供應了很高的能量密度（容量達到普通鋰電池的十倍），還可讓充電過程更快、更安全。

其實在去年的一項研究中，鋰金屬陽極已被描述為打破當前鋰離子化學反應的能量密度瓶頸的一個關鍵。但橫亙在研究人員面前的，依然有枝晶（dendrites）這個障礙。

由于鋰離子分布不均勻，這些樹狀結(jié)構會堆積在陽極表面。隨著枝晶的生長，它們可能刺破電芯，導致電池快速失去能量、甚至短路起火

好消息是，德克薩斯農(nóng)工大學的研究團隊，已經(jīng)找到了超輕且高導電性的碳納米管解決方法。其設計和2018年的另一項研究相仿，即采用碳納米管薄膜來抑制枝晶的生長。

研究配圖（來自：NanoLetters）

在鋰金屬電池的陽極上，研究團隊使用碳納米管構建了三維多孔支架，并在上面綁有可和鋰離子結(jié)合的分子。

通過一系列實驗來確認分子結(jié)合的濃度，研究團隊最終敲定了可防止枝晶在其表面上堆積的新型電池陽極。

研究作者JuranNoh表示：在擁有適量結(jié)合分子的情況下，我們可在某些位置將碳納米管支架解壓縮，使得鋰離子穿過并結(jié)合于支架的整個表面，而不是在外部堆積。

得益于這種均勻且安全的分布，鋰金屬電池可承載更大、更安全的電流（陽極載流為傳統(tǒng)鋰電池的五倍），不僅能量密度更高、還可在更短的時間內(nèi)完成充電。

有關這項研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《納米快報》（NanoLetters）上。

原標題為《UnderstandingofLithiumInsertioninto3DPorousCarbonScaffoldswithHybridizedLithiophobicandLithiophilicSurfacesbyIn-OperandoStudy》。