為鋰電池尋找性能更加優(yōu)異的固態(tài)電解質(zhì)和電極材料

近年來，許多研究團隊都在努力為鋰電池尋找性能更加優(yōu)異的固態(tài)電解質(zhì)和電極材料。

據(jù)悉，在當今的鋰離子電池中，隨著充放電循環(huán)的持續(xù)，液態(tài)電解質(zhì)會在陰陽兩極之間來回攜帶鋰離子。

然而正如所展示的那樣，位于固體電解質(zhì)的灰色圓盤上的金屬電極（帶有紋理的內(nèi)圈部分），正在其表面上形成讓鋰電池研究人員頭疼不已的枝晶。

隨著枝晶的生長，電池的壽命和效能都會受到極大的影響，甚至有發(fā)生短路失效和起火的風險。

但若能夠?qū)㈦娊赓|(zhì)換成固體材料，不僅可以讓電池變得更加安全，還可達成更高的能量密度。

此前的研究中，已有不少團隊的實驗電池能夠?qū)崿F(xiàn)兩倍于當前鋰離子電池的能量密度。

現(xiàn)在，來自麻省理工學院、得克薩斯州農(nóng)工大學、布朗大學、以及卡內(nèi)基梅隆大學的研究團隊，已經(jīng)提出來一種相當有希望的新解決方案。

據(jù)悉，研究人員開發(fā)出了一種由鈉-鉀合金制成的半固態(tài)金屬電極，并將之比作牙醫(yī)的補漏材料。在具有牢固特性的同時，這種新型材料還能夠流動和成型。

在加入了適量的材料后，它能夠在與固態(tài)電解質(zhì)接觸時避免形成微小的裂紋（通常出現(xiàn)在純固態(tài)但較脆的電極材料中）和枝晶。

剩下的事情，就是找到精心挑選的合金電極，以便引入可用作金屬電極自愈成分的液相材料。

隨著電池的循環(huán)使用，工作溫度可讓材料保持在正確的半固相狀態(tài)，以適應高達 20 倍的電流、而不會形成枝晶。

當前研究人員已經(jīng)提供了兩種避免枝晶形成的設計思路，其一是將固態(tài)電解質(zhì)與電極直接接觸、另一種則是將液態(tài)金屬合金夾在兩者中間。

有趣的是，研究人員還提出了第三種方案，通過將液態(tài)鈉-鉀合金薄膜集成到電池中、然后將其夾在固體電極和固體電解質(zhì)之間，竟然也有助于防止枝晶的形成。

研究合著者、卡內(nèi)基梅隆大學機械工程學教授 Venkatasubramanian Viswanathan 對這項技術(shù)的未來前景表示相當樂觀：

“我們認為可將這套方案轉(zhuǎn)化并用于任何固態(tài)鋰離子電池，并且涵蓋從手持設備、EV 動力電池、以及電動航空等廣泛的領域”。

責任編輯：lq6