锂离子 (Li-ion) 电池已广泛应用于电动汽车 (EV) 和电网规模的能源存储。这种采用在一定程度上是为了应对过去十年来电动汽车电池成本的大幅下降,从每千瓦时 (kWh) 1000 多美元降至每千瓦时 200 美元以下。增加电池能量是进一步降低成本的一种方法,因为更高的比能值将导致相同总电池能量所需的材料更少。但很难将能量密度提高到超过当今电池的水平,使用石墨阳极,目前的电池能量密度约为每千克 220 瓦时 (Wh/kg)。锂金属阳极的存储容量几乎是石墨阳极的 10 倍,因此可以实现更高的电池能量。然而,锂金属阳极的循环寿命较短(通常为 10 次或更短,与 1000 次循环电动汽车电池要求相比)。
Battery500 联盟于 2017 年启动,是一个多机构项目,致力于开发下一代锂金属阳极电池,其能量密度高达 500 Wh/kg。Battery500 团队由来自四个国家实验室和五所大学的世界级科学家和工程师组成(图 1)。值得注意的是,该团队的两位研究人员——宾汉姆顿大学的 Stanley Whittingham 教授和德克萨斯大学奥斯汀分校的 John Goodenough 教授,因其在锂离子电池方面的工作而获得了 2019 年诺贝尔化学奖。