哈佛大學研究人員設計出可以抵抗枝晶的長效固態鋰電池

全世界化學電池研究人員的一個最重要的研究領域是改進用於電動汽車和其他電子設備的電池。大多數現代電動汽車依靠鋰離子電池,但由於其費用、重量和充電時間,它們並不理想。幾十年來,研究人員一直試圖用固態鋰金屬電池取代傳統鋰離子電池。

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固態電池的好處是在相同的體積內有更多的能量,並且能夠更快地充電。哈佛大學研究員Li Xin和他的科學家團隊已經設計出一種穩定的鋰金屬固態電池,可以充放電至少10000次。這比以前類似的電池設計所證明的循環次數要高得多。該電池還採用了大電流設計,並與一種商用高能量密度陰極材料相配。

研究人員說,這項技術可以提高電動汽車的使用壽命,使其與汽油車的使用壽命相當,達到10至15年而不需要更換電池。高電流密度也為能夠在10到20分鐘內完全充電的電動汽車鋪平了道路。化學是製造鋰金屬電池的最大挑戰,因為傳統的電池化學會產生一種被稱為枝晶的有害物質,可能導致電池短路或起火。

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Li Xin和他的團隊設計了一種多層電池,在陽極和陰極之間夾着不同穩定性的材料。這種設計通過控制和遏制鋰枝晶,而不是完全阻止它們,來防止鋰枝晶的滲透。該電池還具有自我修復的特性,使其能夠回填樹枝狀物在電池材料中產生的孔洞。

哈佛大學研究人員開發的設計是一個概念證明,表明鋰金屬固態電池可以與商業鋰離子電池競爭。多層設計的靈活性和多功能性也有可能與大規模生產程序兼容。然而,研究人員指出,將當前的概念設計擴大到商業級別容的量並不算困難,但實際細節的挑戰仍然存在。