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  鋰電池的技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)多年沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展。究其原因，是難以在提升容量密度的同時(shí)，保證材料安全、穩(wěn)定、快速地重復(fù)充放電。導(dǎo)致衰減的罪魁禍?zhǔn)�，就是微觀結(jié)構(gòu)上的鋰晶枝。這些尖銳的針狀結(jié)構(gòu)，可能會(huì)刺破電芯的隔膜，導(dǎo)致短路、甚至起火。限制其增長(zhǎng)的一種方法，就是控制電池的充電速率。但在生活節(jié)奏日漸加快的當(dāng)下，這樣的妥協(xié)是難以接受的。

  好消息是，萊斯大學(xué)的科學(xué)家們，已經(jīng)找到了一種讓當(dāng)前廣泛使用的鋰離子電池容量成倍提升的好方法。

  這項(xiàng)電池技術(shù)的突破，集中在一種穿上碳納米薄膜的新型陽(yáng)極材料上。

  此前，有實(shí)驗(yàn)室借助過(guò)凱夫拉纖維來(lái)限制晶枝的生長(zhǎng)、或者使用全新類型的電解質(zhì)（攜帶電荷的化學(xué)溶液）。

  早在去年的時(shí)候，萊斯大學(xué)的同一研究團(tuán)隊(duì)，就已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種用瀝青制成的鋰金屬電池。它的充電速度更快、且對(duì)晶枝的形成有更強(qiáng)的抵抗力。

  現(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)更進(jìn)了一步，將碳納米薄膜引入其中。它被用于涂覆電池的鋰金屬陽(yáng)極，用于更有效地浸沒(méi)晶枝，類似于拿重物壓草坪、以抑制雜草。

對(duì)比圖：右側(cè)為沒(méi)有碳納米管薄膜來(lái)限制鋰晶枝的金屬陽(yáng)極。

  這種薄膜從陽(yáng)極吸收鋰離子，并在充電過(guò)程中分配它們。但所有這些，都不會(huì)影響電池的充電速率。研究合著者 Rodrigo Salvatierra 表示：碳納米管薄膜的作用，是將沉積的金屬鋰散布開(kāi)來(lái)，從而形成一個(gè)沒(méi)有晶枝的光滑層。這樣的改進(jìn)，并不會(huì)限制此類電池的充電速率、甚至放心地運(yùn)用高倍率充放電。

  在將新組件部署到去年的瀝青-鋰電池后，研究人員發(fā)現(xiàn)其在超過(guò) 580 次循環(huán)后，依然能夠防止晶枝的生長(zhǎng)。此外電池的庫(kù)倫效率保持在 99.8%，成品也更易于打造。

左一起為萊斯大學(xué)化學(xué)家 James Tour、研究生 Gladys López-Silva、以及博士后研究員 Rodrigo Salvatierra 。

  不過(guò) Salvatierra 解釋到：與早先的瀝青電池相比，它有一些不同的地方。

  首先，我們用碳納米管薄膜來(lái)修飾固態(tài)的鋰金屬箔，這兩種材料早已做好了被電池所用的準(zhǔn)備。

  其次，在瀝青衍生的電極中，鋰金屬必須進(jìn)行電化學(xué)沉積，才能在完整的電池裝置中使用。

  最終，采用這種新型陽(yáng)極的電池，能夠較市售產(chǎn)品存儲(chǔ) 3~5 倍的電量。即便充滿后放置一個(gè)月，其電荷損失也都可以忽略不計(jì)。換言之，它會(huì)是一種可靠的長(zhǎng)期儲(chǔ)能解決方案。

  有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）期刊上。原標(biāo)題為：《Suppressing Li Metal Dendrites Through a Solid Li‐Ion Backup Layer》

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.201803869