鋰電池的技術發展，已經多年沒有取得突破性的進展。究其原因，是難以在提升容量密度的同時，保證材料安全、穩定、快速地重復充放電。導致衰減的(de)(de)(de)罪魁禍(huo)首(shou)，就(jiu)是(shi)微觀(guan)結構上的(de)(de)(de)鋰晶枝。這(zhe)(zhe)些尖銳的(de)(de)(de)針狀(zhuang)結構，可能會(hui)刺破(po)電(dian)芯的(de)(de)(de)隔膜，導致短路、甚至(zhi)起火。限制其增長的(de)(de)(de)一種方法，就(jiu)是(shi)控制電(dian)池的(de)(de)(de)充電(dian)速率。但在生(sheng)活節奏日(ri)漸加快的(de)(de)(de)當下(xia)，這(zhe)(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)妥協是(shi)難(nan)以(yi)接(jie)受的(de)(de)(de)。

好消息是，萊(lai)斯大學的科學家(jia)們，已經找到了一種讓當前廣泛使用的鋰離子電池容(rong)量成倍(bei)提升(sheng)的好方法(fa)。

這項電池技術(shu)的突(tu)破，集中在一種(zhong)穿(chuan)上(shang)碳納米薄膜的新型(xing)陽極材料(liao)上(shang)。

此前，有實驗室借(jie)助過凱夫拉(la)纖維來限制晶枝(zhi)的(de)生長、或者使用全新類型的(de)電解質（攜帶電荷的(de)化學溶液(ye)）。

早在去年的時候，萊斯大學的同一研究團隊，就已經開發出了一種用瀝青制成的鋰金屬電池。它(ta)的充(chong)電速度(du)更(geng)快、且(qie)對晶枝(zhi)的形(xing)成有(you)更(geng)強的抵抗力(li)。

現在，研究團隊更進了一步，將碳納米薄膜引入(ru)其中。它被用于涂覆電(dian)池的鋰金屬陽極，用于更有(you)效地浸沒晶枝，類(lei)似于拿重(zhong)物壓草坪、以抑制雜草。

對(dui)比圖(tu)：右側為沒有碳(tan)納米(mi)管薄膜來限制鋰晶枝的(de)金(jin)屬陽(yang)極。

這種薄(bo)膜(mo)從陽(yang)極吸收鋰(li)離(li)子，并(bing)(bing)在(zai)充電(dian)(dian)過程中分配它們。但所有這些，都(dou)不會影(ying)響電(dian)(dian)池(chi)的充電(dian)(dian)速率。研究合著者 Rodrigo Salvatierra 表示：碳納米管薄(bo)膜(mo)的作用，是(shi)將沉(chen)積的金屬(shu)鋰(li)散布開來，從而形成一個(ge)沒(mei)有晶(jing)枝的光滑層(ceng)。這樣的改進，并(bing)(bing)不會限制此類電(dian)(dian)池(chi)的充電(dian)(dian)速率、甚(shen)至放心(xin)地運用高倍率充放電(dian)(dian)。

在(zai)將新組件部署到去年(nian)的瀝青-鋰電(dian)池(chi)后，研究人(ren)員(yuan)發現其在(zai)超過 580 次循環(huan)后，依然(ran)能夠防止(zhi)晶枝的生長。此外電(dian)池(chi)的庫倫效率保持在(zai) 99.8%，成品也更(geng)易(yi)于(yu)打造。

左一起為萊斯大學化學家 James Tour、研究生 Gladys López-Silva、以及博士后研究員 Rodrigo Salvatierra 。

不(bu)過 Salvatierra 解(jie)釋到(dao)：與早先(xian)的瀝(li)青電池相比，它有一些不(bu)同的地方。

首先，我們用碳納米(mi)管(guan)薄(bo)膜(mo)來修(xiu)飾固態的鋰金屬箔，這兩種材料(liao)早已(yi)做好了被電池所用的準(zhun)備。

其次(ci)，在瀝青衍生的(de)電(dian)(dian)(dian)極中(zhong)，鋰金屬必須(xu)進行(xing)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學沉(chen)積，才能(neng)在完整的(de)電(dian)(dian)(dian)池裝(zhuang)置中(zhong)使用。

最終，采(cai)用這種新型陽極的電池，能(neng)夠(gou)較市售產(chan)品存儲 3~5 倍(bei)的電量(liang)。即便(bian)充滿(man)后放置一個月，其電荷損失也都可(ke)以忽略不計。換(huan)言之，它會(hui)是(shi)一種可(ke)靠的長期儲能(neng)解決方案。

有關這項研(yan)究的(de)詳情(qing)，已經發表在近日(ri)出版的(de)《先進材料》（Advanced Materials）期(qi)刊上。原標(biao)題為：《Suppressing Li Metal Dendrites Through a Solid Li‐Ion Backup Layer》

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