美國馬里蘭大學(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)，可使下一代電動汽車（EV）和其他設(shè)備的電池不易起火，同時增加能量存儲。

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--所謂的全固態(tài)鋰電池內(nèi)部會產(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)計阻止了枝晶的形成，可能為生產(chǎn)可行的電動汽車全固態(tài)電池打開大門。

在美國，至少有 75 萬輛注冊的電動汽車使用鋰離子電池，這種電池因其高能量存儲而廣受歡迎，但含有易燃液體電解質(zhì)成分，在過熱時會燃燒。雖然沒有政府機構(gòu)按汽車類型跟蹤車輛火災(zāi)，而且電動汽車電池火災(zāi)似乎相對罕見，但它們帶來了特殊的風(fēng)險；美國國家運輸安全委員會報告稱，急救人員很容易受到安全風(fēng)險的影響，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，全固態(tài)電池可能會導(dǎo)致汽車比當(dāng)前的電動或內(nèi)燃模型更安全，但制定繞過這些缺點的策略非常困難。當(dāng)這些電池在電動汽車所需的高容量和充放電速率下運行時，鋰枝晶會向陰極側(cè)生長，導(dǎo)致短路和容量衰減。

他和博士后萬紅利于2021年開始開發(fā)鋰枝晶生長形成的理論；研究人員表示，這仍然是一個科學(xué)爭論的問題。

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

他們的解決方案是獨特的，因為固體電解質(zhì)和陽極（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)增加了一個富含氟的中間層，可以穩(wěn)定陰極側(cè)，并用鎂和鉍對陽極的中間層進(jìn)行了改性，從而抑制了鋰枝晶。他說：“固態(tài)電池是下一代電池，因為它們可以實現(xiàn)高能量和安全性。在目前的電池中，如果你實現(xiàn)高能量，你就會犧牲安全性?！?/p>

在產(chǎn)品進(jìn)入市場之前，研究人員還有其他挑戰(zhàn)需要解決。為了實現(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，即電池可以存儲的電量。該團(tuán)隊表示，基礎(chǔ)材料的高成本是另一個挑戰(zhàn)。

為了在 2026 年之前將新型電池推向市場，先進(jìn)電池制造商 Solid Power 計劃開始試驗這項新技術(shù)，以評估其商業(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。