研究人員利用（yòng）類似補牙的材料來保（bǎo）證固態鋰電池（chí）的性狀穩定

近年來，許多研究團隊都在努力為鋰電池（chí）尋找性能（néng）更加優異的固態電解質和電極材料。本文要為大家介紹的，就是（shì）麻省理工（gōng）團隊開（kāi）發的一款原型（xíng）固態電池。特點是借助新（xīn）型自修（xiū）複（fù）材料，克服了該領域的（de）一些關鍵難點，為其賦予了穩定的高容量存儲前景。

據悉（xī），在當今的鋰（lǐ）離子（zǐ）電池中，隨著（zhe）充放電循環的持續，液態電解質會在陰陽兩極之間（jiān）來回攜帶（dài）鋰離子。

然而正如上圖所展示的那樣（yàng），位於固體電解質的灰色圓盤上的金屬電極（帶有紋理的內圈部分），正在其表麵上形成讓鋰電池研究人員頭疼不已（yǐ）的（de）枝晶。

研究配圖 - 1：化學電池研究概況

隨著枝晶的生長（zhǎng），電池的壽（shòu）命和效能都會受到極大（dà）的影（yǐng）響，甚（shèn）至有發生短路失效和起火的風險。

但若能夠將電解質換成固體（tǐ）材料，不僅可以（yǐ）讓電池變得更加安全（quán），還可達成更高的能量密度。

研究配圖 - 2：固體電解質的表麵光潔度和微觀結構

此前的研究中，已有不少團（tuán）隊的實驗電池能夠實現（xiàn）兩倍於（yú）當（dāng）前鋰離子電池的能量密度。

現在，來自麻省理（lǐ）工（gōng）學（xué）院、得克薩斯州農工大學、布朗（lǎng）大學、以及卡內基梅隆大（dà）學的研究團隊，已經提出來一（yī）種相當有希（xī）望的新解（jiě）決方（fāng）案。

研究配圖 - 3：固體（tǐ）電解質的金屬滲透

據（jù）悉，研究人員開發出了（le）一種由鈉-鉀合金製成的半固態金屬電極，並將之比作牙醫的補漏材料。在具有牢固特性的同（tóng）時，這種新型材料還能夠流動和成型（xíng）。

在加入了適（shì）量的材料後，它能（néng）夠在與固態電解質接觸（chù）時避免形成微小（xiǎo）的裂（liè）紋（通（tōng）常出現在純固態但較脆的電極材料中）和枝晶。

研究配圖 - 4：電極與電解質表麵發生了短路故障

剩下的事情，就是找到精心挑（tiāo）選（xuǎn）的合金電極，以便引入可用作金屬電極自愈成分的（de）液相材料。

隨著電池的循環使用，工作溫度可讓材料保持在正確的半固相狀態，以適應高達 20 倍的電流、而不會形成枝晶。

研究配圖 - 5：單相固態金屬和半固態合金的（de）麵積容量

當前研究人員已經提供了兩種避免枝晶形成的設（shè）計思路（lù），其一是將固態電解質與電極直接接觸、另一種則是將液態金屬合金夾在兩者中間（jiān）。

有趣的是，研究人員還提（tí）出了第三種方案，通過將液態（tài）鈉（nà）-鉀合金薄膜（mó）集成到電池（chí）中、然後將其夾在固體電極和（hé）固（gù）體電解質之間，竟然也（yě）有助於防止枝晶的形成。

研究配圖 - 6：新材料對化學電池和堿金屬屈服（fú）應力的影響

研究合著（zhe）者、卡內基梅隆大學機械工程學教授 Venkatasubramanian Viswanathan 對這項技術（shù）的未來前景（jǐng）表示相當樂觀：

“茄子视频懂你更多認為可將這套方案轉化並用於任何固（gù）態鋰離子電池，並且涵蓋從手持設備、EV 動力電池、以及電動航空等廣泛的領域”。

研究配圖 - 7：半固（gù）態堿金屬電（diàn）極的成（chéng）分設計

有關這項研究的詳情（qíng），已經發表在近日（rì）出版的《自然能源》（Nature Energy）期刊上。