IT之家 1 月 9 日消息,，哈佛大學約翰?A?保爾森工程與應用科學學院 (SEAS) 的研究人員近日開發(fā)了一種新型鋰金屬固態(tài)電池,，可以充放電循環(huán)至少 6000 次,，比任何其他袋式電池都要多，而且可以在幾分鐘內完成充電。相關研究成果發(fā)表在知名學術期刊《自然材料》上。

“鋰金屬陽極電池被視為電池領域的圣杯,，因為它的容量是商用石墨陽極的十倍，可以大幅提高電動汽車的續(xù)航里程,?！盨EAS 材料科學副教授、該研究的資深作者李欣（音譯）在一份聲明中表示,。

然而,，這種電池的設計面臨著巨大的挑戰(zhàn)，那就是陽極表面會形成枝晶,。這些枝晶會向電解質生長，刺穿隔膜,，導致電池短路甚至起火,。

據IT之家了解，枝晶的形成發(fā)生在充電過程中,，鋰離子從正極移動到負極,，并通過一種稱為電鍍的過程附著在陽極表面。這種電鍍過程會導致陽極表面不均勻,，為枝晶的形成創(chuàng)造條件,。而在放電過程中，陽極上的鋰金屬需要被剝離,，但由于表面不均勻,，剝離過程可能會很慢，形成凹坑,，進一步加劇下一次充電的不均勻沉積,。

2021 年，李欣團隊設計了一種多層電池,，在陰極和陽極之間夾雜了不同穩(wěn)定性的材料,。這種多層多材料設計通過控制和限制鋰枝晶的生長，防止其穿透隔膜,。

在這項新的研究中,，李欣團隊通過在陽極中使用微米級硅顆粒,，成功限制了枝晶的形成。這些硅顆粒能夠約束鋰化反應,，促進鋰金屬的均勻電鍍形成厚層,。

在該設計中，當鋰離子在充電過程中從陰極移動到陽極時,，鋰化反應被限制在淺層表面,，離子附著在硅顆粒表面而不進一步滲透。這與傳統(tǒng)鋰離子電池的化學反應截然不同,，后者通過深度鋰化反應穿透硅顆粒,，最終導致其被破壞。

在固態(tài)電池中,，硅顆粒表面的鋰離子受到限制,，并經歷動態(tài)的鋰化過程，在硅顆粒核心周圍形成鋰金屬電鍍層,。這些被電鍍的顆粒形成了一個均勻的表面,，電流密度均勻分布，防止了枝晶的生長,。研究團隊表示,，由于電鍍和剝離過程可以在平坦的表面上快速發(fā)生，這種電池可以在約 10 分鐘內完成充電,。

研究人員構建了一個郵票大小的袋式電池,，經過 6,000 次循環(huán)后仍能保持 80% 的容量，性能遠超目前其他袋式電池技術,。這項技術已通過哈佛大學科技發(fā)展辦公室授權給 Adden Energy 公司,，該公司將擴大該技術規(guī)模，構建智能手機大小的袋式電池,。