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科学视点

可以抵抗枝晶的长效固态锂电池

  全世界化学电池研究人员的一个最重要的研究领域是改进用于电动汽车和其他电子设备的电池。大多数现代电动汽车依靠锂离子电池,但由于其费用、重量和充电时间,它们并不理想。几十年来,研究人员一直试图用固态锂金属电池取代传统锂离子电池。

  固态电池的好处是在相同的体积内有更多的能量,并且能够更快地充电。哈佛大学研究员Li Xin和他的科学家团队已经设计出一种稳定的锂金属固态电池,可以充放电至少10000次。这比以前类似的电池设计所证明的循环次数要高得多。该电池还采用了大电流设计,并与一种商用高能量密度阴极材料相配。

  研究人员说,这项技术可以提高电动汽车的使用寿命,使其与汽油车的使用寿命相当,达到10至15年而不需要更换电池。高电流密度也为能够在10到20分钟内完全充电的电动汽车铺平了道路。化学是制造锂金属电池的最大挑战,因为传统的电池化学会产生一种被称为枝晶的有害物质,可能导致电池短路或起火。

  Li Xin和他的团队设计了一种多层电池,在阳极和阴极之间夹着不同稳定性的材料。这种设计通过控制和遏制锂枝晶,而不是完全阻止它们,来防止锂枝晶的渗透。该电池还具有自我修复的特性,使其能够回填树枝状物在电池材料中产生的孔洞。

  哈佛大学研究人员开发的设计是一个概念证明,表明锂金属固态电池可以与商业锂离子电池竞争。多层设计的灵活性和多功能性也有可能与大规模生产程序兼容。然而,研究人员指出,将当前的概念设计扩大到商业级别容的量并不算困难,但实际细节的挑战仍然存在。