软固体电解质材料可有效抑制锂电池阳极上的枝晶生长

　　外媒报道称，美国劳伦斯·伯克利国家实验室的科学家们已经研制出了一种新型电解质，有望极大地提升电动汽车的续航里程。通过将锂电池阳极中的石墨材料换成纯锂金属，其有望在能量密度和充电速度上实现新的突破。此外由软质和固态材料制成的新型电解质，能够有效抑制对电池性能造成严重损害的枝晶的生长。

表面平滑的电池阳极 X 光图像（来自：Berkeley Lab）

　　由于具有出色的能量密度，锂金属在能源界被寄予了厚望。通过持续的改善，纯锂金属电极有望让电池容量提升至当前的 10 倍，且极大地缩减充电所需耗费的时间。

　　不过横亘在科学家们面前的最大障碍，就是可能严重损害电池性能的枝晶。在电池在充放电时，石墨阳极上会形成这种恼人的结构，并最终导致锂电池的断路失效故障甚至起火。

　　许多电池研究项目，都将重点放在了如何抑制这些枝晶的生长上。不过最近，我们已经见到了一些有希望的解决方案。

　　这些措施包括将保护层掺入阳极以防止枝晶生长，或使用碳纳米管支架来达到相同的效果，甚至将胶带引入混合物中。

研究配图（来自：Nature Materials）

　　好消息是，劳伦斯·伯克利国家实验室和卡内基梅隆大学的科学家团队，已经在新型软固体电解质上得出了新的答案。

　　据悉，电解质旨在促进离子在电池两极之间来回运动。不过在锂金属电池上，研究团队选用了柔软多孔的聚合物材料，并在微孔中填充纳米陶瓷颗粒。

　　通过 X 射线成像技术展开长达 16 小时的观测，实验室测试表明，这种软、固结合的电解质方案具有很大的优势。在整个测试期间，电极表面都保持得相当平滑。

　　在另一项未使用所谓 PIM 复合电解质材料的对照组中，研究人员在早期就观察到了枝晶生长的迹象。展望未来，其希望新技术有助于极大地提升电动交通工具的电池密度。

　　有关这项研究的详情，已近发表在近日出版的《自然材料》（Nature Materials）期刊上。

　　原标题为《Universal chemomechanical design rules for solid-ion conductors to prevent dendrite formation in lithium metal batteries》。