提高电动汽车的电池安全性和效率

随着电动汽车和个人便携式电子产品变得越来越普遍，研究人员正试图解决当前锂离子电池技术的一些主要限制，该技术使用石墨阳极和锂基过渡金属氧化物阴极。相比之下，除了锂阴极之外还使用锂阳极的锂金属电池可能有可能解决其中的一些问题，从而创造出高能量、持久且更安全的锂离子电池替代品。

为了广泛采用锂金属电池，需要解决两个关键挑战。首先是这些电池倾向于形成锂枝晶的堆积，这是金属沉积物。二是这些电池的电极体积变化大。这两个问题都会导致性能下降和安全隐患。

在10月11日发表在NanoResearch上的一篇论文中，研究人员描述了一种利用热灌注开发3D复合锂负极的技术，该技术成功地解决了充电循环期间的锂沉积和能量损失问题。

“锂金属电池因其高能量密度而成为电动汽车很有前途的电化学存储装置;然而，与锂枝晶生长和锂负极电极体积变化大有关的这些问题限制了它们的实际应用，”研究员曹飞飞说。武汉华中农业大学.“探索解决锂阳极问题的合适方法是非常可取的，这样这些电池就可以成为更实用的选择。”

为了实现能够应对这些挑战的锂金属电池，研究人员创建了一个3D支架并将熔融锂注入其上。确保这项技术安全的关键是使用一层由镁铝双氧化物制成的纳米片。这种材料被描述为亲锂材料，这意味着它会吸引锂生成合金介质。

熔融锂被拉向纳米片，并通过毛细作用被带入3D支架。Cao解释说，这种毛细力非常重要，因为它有助于熔融锂瞬时渗透到3D主体中，从而形成稳定的3D复合锂负极。

研究人员对采用新技术开发的电池进行了严格的测试。与现有技术相比，电池形成管状枝晶，但仅显示出3%的微小厚度波动。相比之下，在没有新技术的情况下，大电极增长了22%。

研究人员还测试了电池的库仑效率或电流效率，用于衡量电池的容量和能量损失。经过100次充电循环后，电池的效率保持在98.6%。相比之下，普通锂金属电池仅在23个充电周期后就出现了显着的能量损失。

展望未来，研究人员正在计划如何继续改进锂金属电池，以便更广泛地采用这项技术。“下一步，我们将用轻质基体代替重基体，以产生高重量比的活性锂，以提高电池能量密度，”曹说。“我们希望制备出一种高安全性的复合锂负极，与超过500Whkg-1的高重量能量密度电池具有竞争力。”