新型锂金属电池有望实现能量翻倍、环境影响减半的目标

锂金属电池是下一波先进高能电池的主要竞争者。与常用的锂离子电池相比，金属锂电池的单位体积能量存储至少增加了一倍。因此，这一进步可使电动汽车一次充电的行驶距离增加一倍，或使智能手机减少充电次数。

目前，锂金属电池仍存在一个重要缺陷：液态电解质需要添加大量含氟溶剂和含氟盐，这增加了对环境的影响。然而，如果不添加氟，锂金属电池就会不稳定，充电几次后就会停止工作，而且容易发生短路、过热和起火。苏黎世联邦理工学院电化学能源系统教授玛丽亚-卢卡茨卡娅领导的研究小组现已开发出一种新方法，可大幅减少金属锂电池所需的氟量，从而使其更环保、更稳定、更具成本效益。

电解液中的氟化合物有助于在电池负极的金属锂周围形成保护层。Lukatskaya 解释说："这个保护层可以比作牙齿的珐琅质。它保护金属锂不与电解质成分发生持续反应。如果没有它，电解液就会在循环过程中迅速耗尽，电池就会失效，而且缺乏稳定的保护层会导致在充电过程中形成枝晶，而不是一个保形的平面保护层。"

如果这些树枝状突起接触到正极，就会导致短路，从而有可能使电池升温过快而被点燃。因此，控制保护层特性的能力对电池性能至关重要。稳定的保护层可以提高电池的效率、安全性和使用寿命。

博士生 Nathan Hong 说："问题是如何在不影响保护层稳定性的情况下减少氟的添加量。"

该研究小组的新方法利用静电吸引来实现理想的反应。在这里，带电的含氟分子是将氟输送到保护层的载体。这意味着液态电解质中只需要 0.1% 重量百分比的氟，比之前的研究至少低 20 倍。

苏黎世联邦理工学院研究小组在最近发表于《能源与环境科学》杂志的一篇论文中介绍了这种新方法及其基本原理。专利申请已经完成。

最大的挑战之一是找到可以附着氟的合适分子，而且一旦附着到锂金属上，也能在合适的条件下再次分解。该研究小组解释说，这种方法的一个关键优势是可以无缝集成到现有的电池生产过程中，而不会因为改变生产设置而产生额外成本。实验室使用的电池只有硬币大小。

下一步，研究人员计划测试该方法的可扩展性，并将其应用于智能手机中使用的电池。

编译自/ScitechDaily