华盛顿州立大学开发“梦想材料”为锂电池设计带来新突破

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稿源：cnBeta

有科学家认为，想要极大地改善当前锂离子电池的性能，引入锂金属作为阳极组件，或许是一个可行的方法。而华盛顿州立大学（WSU）研究人员提出的一种“梦想材料”，能够替代当前的负极材料，从而大举推动锂电池的发展。事实证明，想要将锂电池安全地集成到设备中，仍面临着一些考验。

不过现在，科学家们已经提出了克服这一障碍的方法。通过采用一种新的设计，在材料周围添加一层保护，以隔绝起火隐患。

据悉，在充放电的过程中，锂离子可在两个电极之间来回移动。当前阳极多为石墨与铜的混合材料制作，但科学家看到了极大的改进空间。

华盛顿州立大学的 Min-Kyu Song 表示：“纯锂金属在固体材料中提供了最高的能量密度，若被用作阳极，可将锂电池的寿命延长两倍、并容纳更多的能量”。

此前，将锂金属集成到锂离子电池中的努力，一直受到安全问题的困扰。当锂离子在电池两极间来回传递时，回导致在材料表面形成所谓的枝晶。

这些触手状的突起可能导致材料破裂短路，快速失去电荷、引发电击甚至火灾。不过 WSU 新开发的电池，已经较好地克服了围绕纯锂金属阳极的一些安全问题。

                               
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Min-Kyu Song 带领的一支科学家团队，想到了由多孔结构的无毒化学物质（二硫化硒）制成电池的阴极。

同时向电解质溶液（供锂离子在两极间来回移动的介质）中引入两种添加剂，结果发现这种混合材料可在锂金属阳极表面上形成保护层。

其具有致密、导电和坚固的特性，能够促进良好的充电稳定性，同时避免形成危险的晶枝。后续测试表明，新型电池不仅可以充电 500 次，还可以保持高效率。

Min-Kyu Song 表示：“这种独特的保护层，在循环过程中几乎不会引起锂阳极的形态变化，并有效减轻锂枝晶的生长和有害的副反应”。

最后，科学家还致力于将纯锂金属阳极引入电池的其它方法，包括用固态电（而非液态）电解质。

近年来，这类固态电池已经显现出激动人心的潜力。不过 WSU 团队的方案，显然拥有更切实际的商业化优势。