研究人員利用類似補（bǔ）牙的材料來保（bǎo）證固態鋰電（diàn）池的性狀穩（wěn）定

近年來，許多研究團隊都在努力（lì）為鋰電池尋找性能（néng）更加優異的固態電解質和電極材料。本文要為大家介（jiè）紹的，就是麻省理工團隊開發的一款原型固態電池。特點是借助（zhù）新型自修複材（cái）料，克服了該（gāi）領（lǐng）域的一些關鍵難點（diǎn），為其賦予（yǔ）了穩定（dìng）的高容量存儲前景。

據悉，在（zài）當今（jīn）的鋰離子電池中，隨著充放電循環的持續，液（yè）態（tài）電解質會在（zài）陰陽兩極之間來回攜帶鋰離子。

然而正如上圖所展示的那樣，位於固體電解質的灰色圓盤上的金屬電極（jí）（帶有紋理的內圈部分），正在其表麵上形成讓鋰（lǐ）電池研究人（rén）員頭疼不已的枝晶。

研（yán）究配圖 - 1：化學電池研究概況

隨著枝晶的生長，電池的壽（shòu）命和效能都會受到極（jí）大的影響，甚至有發生短路失效和起火的風險。

但（dàn）若能夠將電解質（zhì）換成固體材料，不僅可以讓電池變（biàn）得更加安全，還可（kě）達成更高的能量密度。

研究配圖 - 2：固體電解質的表麵光潔度和微觀結構

此前（qián）的研（yán）究中，已有不少團隊的實驗電池能夠實現兩倍於當前鋰離子電池的能量密度。

現在，來自麻省理工學院、得克薩斯州農工（gōng）大學、布（bù）朗大學、以及卡內基梅隆大學的研究團隊，已經（jīng）提出來一種相當有希望的新（xīn）解決方案。

研究配圖 - 3：固體電解質的（de）金屬（shǔ）滲透（tòu）

據悉，研（yán）究人員開發出了一種由（yóu）鈉-鉀合金（jīn）製成的半固態金屬（shǔ）電極，並將之（zhī）比作牙醫的補漏材料。在具有牢固特性的（de）同（tóng）時，這種（zhǒng）新型材料還（hái）能夠流動和成型。

在（zài）加入了（le）適量的材料後，它能夠在與固態電解（jiě）質接觸時避（bì）免形成微小的裂（liè）紋（通常（cháng）出現在純固態（tài）但較脆的電極材料中）和枝（zhī）晶（jīng）。

研究配圖 - 4：電極與電解質表麵發生了短路（lù）故障

剩下的事情，就（jiù）是找到精心挑（tiāo）選的合金（jīn）電極，以便引入可用（yòng）作金屬（shǔ）電極自愈成分的液（yè）相材料。

隨著電池（chí）的循環使用，工作溫（wēn）度可（kě）讓材料保持在正確的半固相狀態，以適應高達 20 倍的電流、而（ér）不會形成（chéng）枝晶。

研究配圖 - 5：單相固態金屬和半固態合金的麵積容量

當（dāng）前研究人員已經提供了兩種避免枝晶形（xíng）成的（de）設計思路，其一是將固態電解質與電極直接（jiē）接觸、另一（yī）種則是將液態金屬合金夾在兩者中間。

有趣的是（shì），研究人員（yuán）還提（tí）出了第三（sān）種方案，通（tōng）過將液態鈉-鉀合金薄膜（mó）集成到電池（chí）中、然（rán）後將其夾在固體電極和固體電解質（zhì）之間，竟然也有助於防止枝晶的形成。

研究配圖 - 6：新材料對化學電池和堿金（jīn）屬屈服（fú）應力的影響

研究合著（zhe）者、卡內（nèi）基梅隆大學機械工程學（xué）教授 Venkatasubramanian Viswanathan 對這項技術的未來前景表示相當樂觀：

“茄子视频懂你更多認為可將這套方案轉化並用於任何固態鋰（lǐ）離子（zǐ）電池，並且涵蓋從手持設備、EV 動力（lì）電池、以及（jí）電（diàn）動航空等（děng）廣泛的領域”。

研究配圖 - 7：半固態（tài）堿金屬電極的成分設（shè）計（jì）

有關這項研究的詳情，已經發表在近日出（chū）版的《自然能源》（Nature Energy）期刊（kān）上。