工程师开发出安全且可长循环的高温锂金属电池

Josiah02

　　近年来，电池在消费者的日常生活中无处不在。然而，现有的商用电池技术采用液体电解质和碳质阳极，存在某些缺点，例如安全隐患、使用寿命有限以及功率密度不足（尤其是在高温下）。
　　然而，人们对能在极端条件下运行的电池的需求日益增加，例如医疗设备消毒、地下勘探和热反应堆等各个工业领域所需的高温。
　　这促使研究人员寻找安全且与锂金属阳极兼容的固体电解质，锂金属阳极以高理论比功率容量而闻名。
　　香港大学机械工程系教授申东明 (Dong-Myeong Shin) 领导的研究团队开发出新一代锂金属电池，代表了该领域的重大进步。他们的创新重点是无微裂纹聚合物电解质，这是这些电池不可或缺的一部分，可延长电池寿命并提高高温下的安全性。
　　该研究成果发表在《先进科学》杂志上，题为“无微裂纹阴离子网络聚合物膜辅助加速选择性锂离子传输以实现长循环锂金属电池”。
　　0.5 C 和 100°C 下的循环性能。图片来源：香港大学
　　Shin 教授团队开发的无微裂纹聚合物电解质通过简单的一步点击反应合成，具有抗枝晶生长和不易燃等显著特性，表现出高达 5 V 的高电化学稳定性窗口，高温下的离子电导率为 3.1 × 10 −5 S cm −1。
　　这些增强效果归因于无微裂纹膜内的束缚硼酸阴离子，这有助于加速 Li +离子的选择性传输并抑制枝晶的形成。最终，这些阴离子网络聚合物膜使锂金属电池能够在高温下用作安全、长循环的储能装置，在 100°C 下 450 次循环中保持 92.7% 的容量保持率和平均 99.867% 的库仑效率。通常，传统液体电解质锂金属电池在高温下的循环性能少于 10 次循环。
　　研究团队的突破可能为下一代锂电池阴离子聚合物电解质设计的未来进步铺平道路。
　　论文第一作者高静毅博士表示： “我们相信，这项创新为新型电池化学打开了大门，可以彻底改变高温应用的可充电电池，强调安全性和寿命。”
　　Shin 教授补充道：“除了在高温场景中的应用外，无微裂纹电解质膜还具有实现快速充电的潜力，因为过电位低。这种能力可以让电动汽车在喝一杯咖啡的时间内完成充电，标志着清洁能源未来的重大进步。”