锂金属电池新突破

2020-02-19 10:55

华盛顿州立大学的一个研究小组已经开发出一种方法来解决锂金属电池的一个主要安全问题，这是一种创新，可以使高能电池更适合下一代能源存储。

研究人员在他们的电池中使用了一种配方，在锂阳极周围形成了一层独特的保护层，保护电池不退化，并使电池在典型条件下工作更长时间。华盛顿州立大学机械与材料工程学院助理教授宋名桂（音译）Min-Kyu Song领导的研究人员在《纳米能源》杂志上报告了这项工作。

宋名桂表示，锂金属被认为是电池的“理想材料”，这是因为，在已知的固体材料中，锂金属的能量密度最高，这意味着锂金属电池的续航时间是普通锂离子电池的两倍，而且比现代电子产品中普遍使用的锂离子电池能储存更多的能量。锂离子电池的工作原理是在石墨阳极和锂钴氧化物阴极之间传递锂离子，而锂金属电池的负极是由高能锂金属制成的。

宋名桂说：“如果我们能直接使用锂金属，我们就能显著提高电池的能量密度”。

尽管几十年来人们已经知道锂金属的优点，但研究人员一直未能使它们安全工作。当电子通过外部电路在正极和负极之间移动，为设备提供能量时，锂金属上开始形成类似圣诞树的树突。树突生长，直到引起电短路、火灾或爆炸。即使它们没有着火，锂金属电池也会很快失去充电的能力。

华盛顿州立大学的研究团队开发了一种电池，他们将二硫化硒(用于去屑洗发水的无毒化学物质)装入多孔碳结构中作为阴极。他们在液体电解质中添加了两种添加剂，这是下一代锂电池的典型特征。

两种添加剂协同作用，在锂金属表面形成了一层保护层，该保护层致密、导电、坚固，足以抑制树突的生长，同时保持良好的循环稳定性。在测试人们用于电子产品的典型电流密度时，受保护的金属锂阳极可以再充电500次，并保持了高效率。

宋名桂说:“这种独特的保护层使得锂阳极在循环过程中几乎没有形态变化，有效地减缓了锂枝晶的生长和不必要的副反应。如果商业化，这种新配方有真正的潜力。与仍需数年时间才能实现的固态电池相比，你不必改变制造程序，而且这将很快应用于实际工业，为开发周期寿命长的高能锂金属电池开辟了一条有希望的道路。”

研究人员认为，他们的技术具有可扩展性和成本效益。

研究人员还在继续研究电池，开发出一种隔板，可以进一步保护电池材料不变质，提高安全性，同时又不会影响电池的性能。