中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：鋰金屬電池可以儲(chǔ)存兩倍于鋰離子電池的能量，但由于需要使用含氟溶劑和鹽類，因此面臨著環(huán)境挑戰(zhàn)。由瑪麗亞-盧卡茨卡婭（Maria Lukatskaya）領(lǐng)導(dǎo)的蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究小組開發(fā)出了一種減少氟含量的方法，從而提高了電池的穩(wěn)定性，使其更加環(huán)保和經(jīng)濟(jì)。
鋰金屬電池是下一波先進(jìn)高能電池的主要競(jìng)爭(zhēng)者。與常用的鋰離子電池相比，金屬鋰電池的單位體積能量存儲(chǔ)至少增加了一倍。因此，這一進(jìn)步可使電動(dòng)汽車一次充電的行駛距離增加一倍，或使智能手機(jī)減少充電次數(shù)。
目前，鋰金屬電池仍存在一個(gè)重要缺陷：液態(tài)電解質(zhì)需要添加大量含氟溶劑和含氟鹽，這增加了對(duì)環(huán)境的影響。然而，如果不添加氟，鋰金屬電池就會(huì)不穩(wěn)定，充電幾次后就會(huì)停止工作，而且容易發(fā)生短路、過(guò)熱和起火。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院電化學(xué)能源系統(tǒng)教授瑪麗亞-盧卡茨卡婭領(lǐng)導(dǎo)的研究小組現(xiàn)已開發(fā)出一種新方法，可大幅減少金屬鋰電池所需的氟量，從而使其更環(huán)保、更穩(wěn)定、更具成本效益。
電解液中的氟化合物有助于在電池負(fù)極的金屬鋰周圍形成保護(hù)層。Lukatskaya 解釋說(shuō)："這個(gè)保護(hù)層可以比作牙齒的琺瑯質(zhì)。它保護(hù)金屬鋰不與電解質(zhì)成分發(fā)生持續(xù)反應(yīng)。如果沒有它，電解液就會(huì)在循環(huán)過(guò)程中迅速耗盡，電池就會(huì)失效，而且缺乏穩(wěn)定的保護(hù)層會(huì)導(dǎo)致在充電過(guò)程中形成枝晶，而不是一個(gè)保形的平面保護(hù)層。"
如果這些樹枝狀突起接觸到正極，就會(huì)導(dǎo)致短路，從而有可能使電池升溫過(guò)快而被點(diǎn)燃。因此，控制保護(hù)層特性的能力對(duì)電池性能至關(guān)重要。穩(wěn)定的保護(hù)層可以提高電池的效率、安全性和使用壽命。
博士生 Nathan Hong 說(shuō)："問題是如何在不影響保護(hù)層穩(wěn)定性的情況下減少氟的添加量。"
該研究小組的新方法利用靜電吸引來(lái)實(shí)現(xiàn)理想的反應(yīng)。在這里，帶電的含氟分子是將氟輸送到保護(hù)層的載體。這意味著液態(tài)電解質(zhì)中只需要 0.1% 重量百分比的氟，比之前的研究至少低 20 倍。
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究小組在最近發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志的一篇論文中介紹了這種新方法及其基本原理。專利申請(qǐng)已經(jīng)完成。
最大的挑戰(zhàn)之一是找到可以附著氟的合適分子，而且一旦附著到鋰金屬上，也能在合適的條件下再次分解。該研究小組解釋說(shuō)，這種方法的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是可以無(wú)縫集成到現(xiàn)有的電池生產(chǎn)過(guò)程中，而不會(huì)因?yàn)楦淖兩a(chǎn)設(shè)置而產(chǎn)生額外成本。實(shí)驗(yàn)室使用的電池只有硬幣大小。
下一步，研究人員計(jì)劃測(cè)試該方法的可擴(kuò)展性，并將其應(yīng)用于智能手機(jī)中使用的電池。
