新型自组装化学层可防止锂金属电池因枝晶生长而失效

       宾夕法尼亚大学的一支研究团队表示，其开发的一种将锂金属掺入阳极的技术，有望将锂电池的能量密度提升到全新的水平。其最大的特点，就是可以借助“自组装层”来解决困扰研究人员已久的一个问题 —— 帮助锂金属电池保持正常的工作。此外通过将铜和石墨换成纯锂阳极，不仅能够催生 10 被容量的电池、还可极大地改善充电速度。

（图自：PSU）

       当电池在快速充放电、或寒冷条件下使用时，便有可能在阳极上形成可能导致内部短路、甚至起火报废的枝晶。

       宾夕法尼亚州立大学机械工程学系的王东海教授表示：“锂金属电池是继锂离子电池之后的下一代产品，其采用了纯锂阳极，具有较高的能量密度，但也存在枝晶生长、效率低下、以及循环寿命短等问题”。

       此前，已有研究团队想到用纳米管薄膜等方案来克服枝晶问题，但王教授带领的研究团队选择了不同的方向 —— 开发一种可并入电池的保护层，以保护锂金属的使用寿命。

       据悉，新电池架构主要引入了沉积在铜薄膜上的电化学活性分子“自组装层”，能够有效避免锂电池中枝晶的生成。

       电池充电后，锂会与沉积的铜薄膜上的电化学活性分子层接触，从而启动一个过程，让部分锂在顶部分别并重新形成，以保护其免受枝晶的影响。

       王教授指出，这套方案的关键，就是对化学分子进行调节，以使之能够在表面上自组装。它可在充电时提供良好的固体电解质界面，为锂阳极提供保护。

       测试表明，新型电池可在数百个充电周期内保持其功能。而自组装的特性，使之能够在分解后又自发重整。

       相信通过进一步的工作，其有望为电动汽车、无人机、以及一些用于低温水下等环境中的设备提供长期可靠的动力。

       有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《自然能源》（Nature Energy）期刊上。

       原标题为《Low-temperature and high-rate-charging lithium metal batteries enabled by an electrochemically active monolayer-regulated interface》。