电镀策略可以带来更安全、更稳定的金属电池
与流行的锂离子电池相比，金属电池具有以更轻的重量提供更多能量的潜力。然而，问题在于，由于这些电池中锂金属的高反应性，该技术的使用寿命目前太短。瑞典查尔姆斯理工大学的一项新研究揭示了问题所在，以及如何通过在电池单元中直接创建金属电极来克服这些问题。
锂离子电池是当今最受欢迎的电池选择，但在面临广泛电气化的社会中，需要能够提供更多单位重量或体积能量的新型电池技术。这对于开发续航里程更长的电动汽车或续航里程更短的电动飞机至关重要。
因此，人们现在将注意力转向金属电极电池，其中锂离子电池的石墨电极已被锂金属取代。例如，被视为最有前途的未来技术之一的固态电池使用金属电极，并提供比当今锂离子电池提供更大能量的电池。
然而，金属电极存在一个问题，即金属具有活性，这意味着它很容易与周围环境发生反应，并且很难形成长寿命的电池。
金属电池是查尔姆斯大学物理系亚历山大·马蒂奇教授研究小组的重点研究领域之一。他们是第一个使用 3D X 射线实时监测锂金属电池中锂在使用过程中行为的研究团队。这些实验为这种电池中出现的关键问题提供了新的见解，即锂在充电和放电过程中会形成“树枝状”或不均匀的结构，随着时间的推移会影响电池的稳定性和功能。
这些见解是研究人员不断探索的基础。他们在《电化学学会杂志》上发表了关于金属电池的研究成果，展示了一种简单的方法，可以避免在活性金属电极上形成表面层，从而缩短电池的循环寿命。他们的研究结果为未来的金属电池制造策略指明了方向，使之更加稳定和安全。
该论文的标题为“钾电镀和剥离的电化学特征”。
“我们的工作环境非常惰性，但即使在那里，金属也会与某种物质发生反应，形成一层表面层，这会影响金属在电池中的行为，”查尔姆斯大学物理系博士生 Josef Rizell 说道，他与 Aleksandar Matic 共同担任最近这篇论文的主要作者。
“然而，我们发现这些反应实际上可以通过非常简单的方法避免：我们不用处理电池外部的反应性电极材料，而是通过一种称为电镀的工艺在电池内部创建电极。这使我们能够避免反应性金属与环境发生反应，这是一个优势，因为我们可以获得更可预测和更稳定的电极。”
在瑞典查尔姆斯理工大学物理系的电池实验室中，约瑟夫·里泽尔 (Josef Rizell) 正在致力于开发未来的电池。这项工作是在所谓的“手套箱”中进行的，这是一个封闭的惰性环境，材料在其中受到的外部影响尽可能小。图片来源：查尔姆斯理工大学 | Henrik Sandsjö
寻找提高电池性能的有前景的策略
Josef Rizell 表示：“从根本上了解电池电极内部和周围发生的过程（充电和放电时），对于未来开发更好的电池至关重要。电池非常复杂，许多不同的事情同时发生，使得系统难以分析。”
“我们试图分别分离每个反应或过程，并研究该特定过程如何影响电池的功能。目的是更好地了解我们使用电池时金属电极上会发生什么，从而了解哪些策略最有希望使电池更好地工作。”
这项研究是查尔姆斯理工大学正在进行的众多电池研究之一。亚历山大·马蒂奇是查尔姆斯理工大学政府项目 Compel 的负责人。
“这种基础研究对于新电池概念和技术的铺平道路至关重要。没有它，你只能尝试一些东西，就像没有地图定位一样。这就是我们为未来创新奠定基础的地方，这些创新有助于可持续的社会发展。电池已经成为这一发展的关键部分，其重要性在未来只会增加，”亚历山大·马蒂奇说。
金属可以通过电镀工艺以电化学方式生成。电压将电子驱动到电极，通过电子与电解质中的离子发生反应，在电极表面形成金属。
金属电池充电时，就是通过这种反应进行的。同样的过程也可用于直接在电池单元中生产金属电极。通过在电池内部创建金属电极，金属永远不会有机会与电池外部的杂质发生反应，并且具有更好、更稳定的表面层。
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