哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院的研究人员开发了一种新型锂金属电池，该电池可以充电和放电至少6000次，几分钟内即可充电。 

“锂金属阳极电池被认为是电池的圣杯，因为它们的容量是商用石墨阳极的10倍，可以大大增加电动汽车的行驶距离，”介绍这项发明的《自然材料》论文的高级作者辛丽在一份媒体声明中说。“我们的研究是朝着更实用的工业和商业应用固态电池迈出的重要一步。” 

李指出，设计这些电池的最大挑战之一是在阳极表面形成枝晶。这些结构像根一样生长到电解质中，刺穿分隔阳极和阴极的屏障，导致电池短路甚至起火。 当锂离子在充电过程中从阴极移动到阳极，在一个称为电镀的过程中附着在阳极表面时，就会形成这些枝晶。阳极上的电镀会产生不均匀的表面，并使枝晶生根。放电时，需要从阳极上剥离斑块状涂层，当镀层不均匀时，剥离过程可能会很慢，并导致凹坑，从而在下一次充电时导致镀层更加不均匀。 

2021年，李和他的团队提供了一种处理枝晶的方法，即设计一种多层电池，将不同稳定性的不同材料夹在阳极和阴极之间。

这种多层、多材料的设计不是通过完全阻止锂枝晶，而是通过控制和遏制它们来防止锂枝晶的渗透。 

硅让一切变得不同 在这项新的研究中，该小组通过在阳极中使用微米大小的硅颗粒来限制锂化反应，并促进均匀镀覆厚厚的锂金属层，从而阻止枝晶的形成。 

在这种设计中，当锂离子在充电过程中从阴极移动到阳极时，锂化反应在浅表面受到限制，离子附着在硅颗粒的表面，但不会进一步渗透。

这与液体锂离子电池的化学性质明显不同，在液体锂离子蓄电池中，锂离子穿透深度锂化反应，最终破坏阳极中的硅颗粒。 

然而，在固态电池中，硅表面的离子被束缚，并经历锂化的动态过程，在硅芯周围形成锂金属镀层。 李说：“在我们的设计中，锂金属包裹在硅颗粒上，就像巧克力松露中榛子核周围的硬巧克力外壳。”。 

这些涂层颗粒形成了一个均匀的表面，电流密度均匀分布在该表面上，防止了枝晶的生长。而且，由于电镀和剥离可以在均匀的表面上快速发生，电池只需大约10分钟即可充电。 

研究人员制造了一种邮票大小的袋装电池，比大多数大学实验室制造的硬币电池大10到20倍。该电池在6000次循环后保持了80%的容量，优于当今市场上的其他袋式电池。 这项技术已通过哈佛大学技术发展办公室授权给Adden Energy，这是一家由李和三位哈佛校友共同创立的哈佛分拆公司。

该公司已经扩大了这项技术的规模，制造了一种智能手机大小的袋装电池。 银和其他金属 李和他的团队还对硅限制锂扩散的特性进行了表征，以促进有利于均匀镀覆厚锂的动态过程。然后，他们定义了一个独特的性质描述符来描述这种过程，并对所有已知的无机材料进行了计算。

在这样做的过程中，该团队揭示了数十种其他可能产生类似性能的材料。 李说：“之前的研究发现，包括银在内的其他材料可以作为固态电池阳极的良好材料。”。

“我们的研究解释了这一过程的一个可能的潜在机制，并为识别电池设计的新材料提供了途径。”

来源：https://www.mining.com

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