创新电池设计：能量更多，环境影响更小

创新电池设计：能量更多，环境影响更小

 

锂金属电池是下一代高能电池中最有前途的候选材料之一。它们每单位体积存储的能量至少是目前广泛使用的锂离子电池的两倍。这意味着，例如，电动汽车一次充电可以行驶两倍的距离，或者智能手机不需要经常充电。

目前，锂金属电池仍存在一个关键缺点：液体电解质需要添加大量氟化溶剂和氟化盐，这会增加其对环境的影响。然而，如果不添加氟，锂金属电池就会不稳定，它们会在很少的充电周期后停止工作，并且容易发生短路以及过热和起火。苏黎世联邦理工学院电化学能源系统教授 Maria Lukatskaya 领导的研究小组现已开发出一种新方法，可大幅减少锂金属电池所需的氟量，从而使其更环保、更稳定、更经济。

稳定的保护层提高电池的安全性和效率

电解质中的氟化合物有助于在电池负极的金属锂周围形成一层保护层。“这层保护层可以比作牙齿的珐琅质，”卢卡茨卡娅解释道。“它保护金属锂不与电解质成分持续发生反应。”如果没有它，电解质会在循环过程中迅速耗尽，电池就会失效，而且由于缺乏稳定的保护层，在充电过程中会形成锂金属晶须——“树枝状晶体”，而不是共形的平坦层。

如果这些枝晶接触正极，就会造成短路，并有电池过热而起火的风险。因此，控制该保护层特性的能力对于电池性能至关重要。稳定的保护层可提高电池效率、安全性和使用寿命。

尽量减少氟含量

“问题在于如何在不损害保护层稳定性的情况下减少氟的添加量，”博士生 Nathan Hong 说道。该团队的新方法利用静电吸引力来实现所需的反应。在这里，带电氟化分子充当将氟输送到保护层的载体。这意味着液体电解质中仅需要 0.1% 的重量氟，这比之前的研究至少低 20 倍。