科学家设计用于锂金属电池的锂金属阳极电解液

随着对电动汽车的需求不断增长，对高安全性、长寿命电池的需求也在增加。然而，电动汽车对高能量密度电池的需求超过了当前锂离子电池的能力。科学家们正在寻求开发以锂金属为阳极的锂金属电池，因为这些电池具有更高的充电容量。然而，锂金属电池存在安全问题，因为在充电过程中会形成枝晶——尖刺的金属微结构。

一组研究人员着手解决锂枝晶形成的问题，并构建高安全性、长寿命的锂金属电池。该团队成功设计了一种抑制枝晶形成的电解质。这种电解液在锂金属电池中具有出色的性能，并为构建高安全性、长寿命锂金属电池的研究提供了解决方案。

该团队的研究结果发表在《纳米研究》杂志上。

虽然锂金属负极在高能量存储电池方面具有巨大潜力，但锂枝晶的不可控生长引起了人们的极大关注。当锂离子移动并转化到锂金属表面上的一个特定位置时，就会发生枝晶生长。枝晶导致电池循环效率低下，是一个严重的安全问题。

该团队通过结合传统电解质和高浓度电解质的优势解决了枝晶问题。高浓度电解液克服了传统电解液的一些缺点，有望用于下一代电池。

该团队创造的电解质在锂金属电池中提供了出色的电化学性能，并抑制了枝晶的形成。天津大学教授杨春鹏说：“其独特的结构不仅促进了电极表面离子的均匀转化，而且保证了离子在电解液中的快速运动。”

研究人员通过运行数值模拟开始他们的工作，以探索带负电荷的涂层对诱导界面高浓度电解质的影响。然后，作为一种概念验证材料，研究人员在表面带有负电荷的掺氮和掺氧碳纳米片上涂上泡沫镍来制造电极。

带正电的锂离子集中在涂有镍的氮和氧掺杂的碳电极附近。这种锂离子浓度促进了电极上的电荷转移反应，有助于实现出色的电化学循环性能。研究人员对电极进行了半电池和全电池测试，结果非常好。他们的电极性能比其他基于纯镍泡沫的电极好得多。

“这为抑制锂枝晶提供了一个简单的原理，同时考虑了传统电解液和高浓度电解液对稳定锂金属负极的优势，这可能会应用于实际金属电池的其他基板，”杨说。

除了在电极上涂覆带负电荷的材料以引导界面高浓度电解质的形成外，该团队还计划寻找其他方法来获得这种独特的电解质结构，以作为实现高性能电池的手段。

研究人员希望通过系统优化电池组件，实现高能量密度、高安全性和长寿命的锂金属电池的商业应用。“我们的研究结果可以扩展到更多的金属电池系统，例如钠、锌和镁金属电池，这将有助于实现大规模储能以实现可持续能源供应，”杨说

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