美國(guó)馬里蘭大學(xué)研究鋰電池如何失效的研究人員開發(fā)出一種新技術(shù)，可使下一代電動(dòng)汽車（EV）和其他設(shè)備的電池不易起火，同時(shí)增加能量存儲(chǔ)。

本周三發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上的一篇論文介紹了這種創(chuàng)新方法，它可以抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)--所謂的全固態(tài)鋰電池內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生破壞性的枝狀結(jié)構(gòu)，從而阻礙公司將這種前景廣闊的技術(shù)廣泛商業(yè)化。但是，由化學(xué)與生物分子工程系教授王春生領(lǐng)導(dǎo)的這一電池 "中間層 "新設(shè)計(jì)阻止了枝晶的形成，可能為生產(chǎn)可行的電動(dòng)汽車全固態(tài)電池打開大門。

在美國(guó)，至少有 75 萬(wàn)輛注冊(cè)的電動(dòng)汽車使用鋰離子電池，這種電池因其高能量存儲(chǔ)而廣受歡迎，但含有易燃液體電解質(zhì)成分，在過(guò)熱時(shí)會(huì)燃燒。雖然沒(méi)有政府機(jī)構(gòu)按汽車類型跟蹤車輛火災(zāi)，而且電動(dòng)汽車電池火災(zāi)似乎相對(duì)罕見，但它們帶來(lái)了特殊的風(fēng)險(xiǎn)；美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)報(bào)告稱，急救人員很容易受到安全風(fēng)險(xiǎn)的影響，包括觸電以及暴露于損壞或燃燒的電池產(chǎn)生的有毒氣體。

王說(shuō)，全固態(tài)電池可能會(huì)導(dǎo)致汽車比當(dāng)前的電動(dòng)或內(nèi)燃模型更安全，但制定繞過(guò)這些缺點(diǎn)的策略非常困難。當(dāng)這些電池在電動(dòng)汽車所需的高容量和充放電速率下運(yùn)行時(shí)，鋰枝晶會(huì)向陰極側(cè)生長(zhǎng)，導(dǎo)致短路和容量衰減。

他和博士后萬(wàn)紅利于2021年開始開發(fā)鋰枝晶生長(zhǎng)形成的理論；研究人員表示，這仍然是一個(gè)科學(xué)爭(zhēng)論的問(wèn)題。

“在我們弄清楚這一部分之后，我們提出了重新設(shè)計(jì)中間層的想法，以有效抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)?！彼f(shuō)。

他們的解決方案是獨(dú)特的，因?yàn)楣腆w電解質(zhì)和陽(yáng)極（電子從電路進(jìn)入電池的地方）以及電解質(zhì)和陰極（能量流出電池的地方）之間的電池界面穩(wěn)定。新的電池結(jié)構(gòu)增加了一個(gè)富含氟的中間層，可以穩(wěn)定陰極側(cè)，并用鎂和鉍對(duì)陽(yáng)極的中間層進(jìn)行了改性，從而抑制了鋰枝晶。他說(shuō)：“固態(tài)電池是下一代電池，因?yàn)樗鼈兛梢詫?shí)現(xiàn)高能量和安全性。在目前的電池中，如果你實(shí)現(xiàn)高能量，你就會(huì)犧牲安全性。”

在產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)之前，研究人員還有其他挑戰(zhàn)需要解決。為了實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的商業(yè)化，專家們必須縮小固體電解質(zhì)層的厚度，以達(dá)到與鋰離子電池電解質(zhì)相似的厚度，這將提高能量密度，即電池可以存儲(chǔ)的電量。該團(tuán)隊(duì)表示，基礎(chǔ)材料的高成本是另一個(gè)挑戰(zhàn)。

為了在 2026 年之前將新型電池推向市場(chǎng)，先進(jìn)電池制造商 Solid Power 計(jì)劃開始試驗(yàn)這項(xiàng)新技術(shù)，以評(píng)估其商業(yè)化潛力。研究人員表示，持續(xù)的研究旨在進(jìn)一步提高能量密度。