據(jù)外媒報道，美國斯坦福大學和SLAC國家加速器實驗室的研究人員發(fā)表在《焦耳》雜志上的一項研究指出，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)下一代電動汽車的誕生。

在實驗室測試中，涂層顯著延長了電池的壽命，它還通過極大地限制穿透電池正負極之間隔板的析鋰來處理燃燒問題。

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，因為它們使用輕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，這些便攜式電子產(chǎn)品都能從中受益，但真正的收入來源將是汽車。電動汽車最大的阻力是電池就占據(jù)了成本的四分之一，這觸及電動汽車生產(chǎn)成本的核心問題。

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

斯坦福大學和SLAC的研究小組在一個標準金屬鋰電池的正電荷端(稱為陽極)上測試了它們的涂層，正電荷端通常形成析鋰。最終，他們將特殊涂層的陽極與其他市場上可買到的組件結(jié)合起來，創(chuàng)造出一種完全可運行的電池。經(jīng)過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85%的電能。普通的金屬鋰電池在如此多次循環(huán)后會大概只能釋放約30%的能量，即使它們不會爆炸，作用也不大了。

這種新的涂層通過形成一個分子網(wǎng)絡來阻止析鋰的形成，這個網(wǎng)絡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)生不必要的化學反應，還可以減少陽極上的化學物質(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其涂層設計，以便在更多周期內(nèi)測試電池及提高容量保持率。

固態(tài)復合物電極

頂級學術(shù)期刊《Matter》8月刊登中國科學技術(shù)大學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)鍵問題，合成出的固態(tài)復合物電極展現(xiàn)出優(yōu)異的容量和倍率性能。

當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)能夠儲存的能量有限，但能解決這些問題的下一代固態(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液態(tài)電解質(zhì)可以極大緩解安全問題，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。

馬騁團隊及其合作者通過對一種經(jīng)典鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)中的雜質(zhì)相進行原子級觀測，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)過一系列細致的結(jié)構(gòu)和化學分析，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，成功地在新復合物電極中實現(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)接觸問題，這種固-固復合物電極的倍率性能可以和固-液復合物電極相媲美。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。