電動汽車 （EV） 行業(yè)一直在尋找一種可充電電池，一次充電可行駛數(shù)百英里，這導(dǎo)致研究人員尋求用鋰金屬陽極替代目前用于 EV 電池的石墨陽極。能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員報告 了一種可能改變游戲規(guī)則的解決方案——一種由聚合物和陶瓷制成的新型軟固體電解質(zhì)，可抑制枝晶的形成。可能導(dǎo)致電池故障的鋰金屬陽極。

研究人員表示，雖然鋰金屬將電動汽車的行駛里程延長了 30% 至 50%，但該技術(shù)在充電和放電循環(huán)期間會在鋰陽極上形成鋰枝晶，被描述為微小的樹狀缺陷，從而縮短電池壽命。如果與陰極接觸，它們也會使電池短路。

研究人員在《 自然材料》雜志上報告 說，新型軟固體電解質(zhì)在早期成核階段抑制枝晶生長并導(dǎo)致電池失效。

幾十年來，研究人員并沒有假設(shè)像陶瓷這樣堅硬的固體電解質(zhì)最能有效地防止枝晶，而是采用了一種柔軟的固體電解質(zhì)方法來解決這個問題。研究人員說，設(shè)計的關(guān)鍵是使用具有內(nèi)在微孔性的軟聚合物或 PIM。

為了證明新的 PIM 復(fù)合電解質(zhì)可以抑制枝晶的形成，研究人員在伯克利實驗室的 高級光源中使用 X 射線 來創(chuàng)建鋰金屬和電解質(zhì)之間界面的 3D 圖像，并在長達大電流16小時。該演示表明鋰在新 PIM 的作用下持續(xù)平穩(wěn)增長。

此外，像鋰金屬電池這樣的固態(tài)存儲技術(shù)雖然提供了高能量密度和安全性，但也存在材料和加工方面的挑戰(zhàn)。

研究人員表示，這種新型柔性固體電池可以制成鋰箔卷，其中電解質(zhì)作為陽極和電池隔膜之間的層壓材料。它們被稱為鋰電極子組件或 LESA，可用作傳統(tǒng)石墨陽極的直接替代品，從而允許電池制造商使用其現(xiàn)有的裝配線。

“我們的枝晶抑制技術(shù)對電池行業(yè)具有令人興奮的影響，”伯克利實驗室分子鑄造廠的科學(xué)家、該論文的合著者布雷特赫爾姆斯 在一份聲明中說。“有了它，電池制造商可以生產(chǎn)出更安全、能量密度高、循環(huán)壽命長的鋰金屬電池。”

Helms 還指出，用這種新電解質(zhì)制造的鋰金屬電池可用于為電動飛機提供動力。在高級研究計劃署能源部 （ARPA-E） 的 IONICS 計劃下，24M Technologies 已將這些材料集成到電動汽車和電動垂直起降飛機 （eVTOL） 的電池中。