快速充电锂金属电池的进展与方向

快速充电锂金属电池的进展与方向
通过在令人惊讶的表面上生长均匀的锂晶体，工程师打开了快速充电锂金属电池的新大门
工程师们报告了快速充电锂金属电池的进展——最快可达一小时。这种快速充电得益于锂金属晶体，它们可以在令人惊讶的表面上快速而均匀地播种和生长。诀窍是使用锂官方不“喜欢”的晶体生长表面。从这些籽晶中生长出致密的均匀锂金属层。电池研究人员对均匀的锂金属层非常感兴趣，因为它们缺乏称为树突的会降低电池性能的尖峰。
在《自然能源》的一篇新论文中，工程师们报告了快速充电锂金属电池的进展——最快可达一小时。这种快速充电得益于锂金属晶体，它们可以在令人惊讶的表面上快速而均匀地播种和生长。诀窍是使用锂官方不“喜欢”的晶体生长表面。从这些籽晶中生长出致密的均匀锂金属层。电池研究人员对均匀的锂金属层非常感兴趣，因为它们缺乏称为树突的会降低电池性能的尖峰。电池阳极中这些枝晶的形成是快速充电超高能量密度锂金属电池的长期障碍。

这种由加州大学圣地亚哥分校工程师领导的新方法可以在大约一个小时内完成锂金属电池的充电，这一速度与当今的锂离子电池具有竞争力。

加州大学圣地亚哥分校的工程师与加州大学欧文分校的成像研究人员合作，于二月二十二日发表了这项旨在开发快速充电锂金属电池的进展。
为了生长锂金属晶体，研究人员将锂金属电池负极（阳极）普遍存在的铜表面替换为由氟化锂（LiF）和铁（Fe）制成的疏锂纳米复合材料表面。利用这种疏锂表面进行锂沉积，形成锂晶体种子，并且从这些种子中生长出致密的锂层——即使在高充电速率下也是如此。

结果是可以快速充电的长循环寿命的锂金属电池。

这篇新论文的资深作者、加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授刘平说：“特殊的纳米复合材料表面是一项发现。”

“我们挑战了生长锂晶体需要什么样的表面的传统观念。普遍的看法是，锂在它喜欢的表面上生长得更好，亲锂的表面。在这项工作中，我们证明这并不总是正确的。 “我们使用的基材不像锂。然而，它提供了丰富的成核位点以及快速的表面锂运动。这两个因素导致了这些美丽晶体的生长。这是科学洞察力解决技术问题的一个很好的例子。”

由加州大学圣地亚哥分校纳米工程师领导的新进展可以消除阻碍高能量密度锂金属电池在电动汽车（EV）和便携式电子产品等应用中广泛使用的重大障碍。虽然锂金属电池因其高充电密度而在电动汽车和便携式电子产品中具有巨大潜力，但当今的锂金属电池必须极其缓慢地充电才能保持电池性能并避免安全问题。缓慢充电对于最大限度地减少破坏电池性能的锂枝晶的形成是必要的，锂枝晶是在锂离子与电子结合在电池阳极侧形成锂晶体时形成的。锂晶体在电池充电时积聚，而在电池放电时锂晶体溶解。