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在鋰陽(yáng)極和固體電解質(zhì)之間放置一層液態(tài)金屬顯示固態(tài)電池充電的改進(jìn)。

任何關(guān)注固態(tài)鋰金屬電池發(fā)展的人都知道在充電過(guò)程中會(huì)遇到很多挑戰(zhàn)。這些電池中的陽(yáng)極（負(fù)極）由一層薄鋰金屬箔組成，這一層薄鋰金屬箔提供的鋰離子比鋰離子電池使用中的石墨陽(yáng)極多的多，因此會(huì)產(chǎn)生更高的能量顯示密度。在充電過(guò)程中，鋰針狀枝晶覆蓋在鋰金屬表面。這些針狀樹(shù)突的鋰枝晶的擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致電池短路，引起火災(zāi)。


電池的固態(tài)部分來(lái)自固態(tài)聚合物或陶瓷電解液材料，可以抑制鋰針狀枝晶擴(kuò)散。這已經(jīng)取得了部分成功，但樹(shù)突的生長(zhǎng)仍給設(shè)計(jì)造成長(zhǎng)期困擾。未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)（EV）是需要快速直流充電的。不幸的是，樹(shù)突的生長(zhǎng)隨著更快速的充電而迅速增長(zhǎng)，到目前為止這個(gè)問(wèn)題在很大程度上阻礙了實(shí)用固態(tài)鋰電池的大規(guī)模商業(yè)化。

研究人員在提高電池性能這方面努力解決問(wèn)題。一組研究團(tuán)隊(duì)中的科學(xué)家是由麻省理工大學(xué)（MIT），得克薩斯農(nóng)工大學(xué)（TAMU），布朗大學(xué)（Brown University）與卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（CMU）組成的，最近在對(duì)鋰金屬陽(yáng)極表面的使用一層液體金屬電極材料薄膜進(jìn)行研究。

液體金屬電極

該研究團(tuán)隊(duì)在高溫電池實(shí)驗(yàn)中，使用融化的金屬電極受到啟發(fā)。這些電池是在幾百度高溫下工作，所以在便攜式電池驅(qū)動(dòng)設(shè)備或電動(dòng)汽車(chē)上是不適用的。然而，這些電池可以在高電流的情況下進(jìn)行充電，而不形成有害樹(shù)突。MIT畢業(yè)學(xué)生Richard Park在新聞發(fā)布會(huì)中說(shuō)道：“開(kāi)發(fā)電極的動(dòng)機(jī)是基于精心挑選的合金電極，是為了在引入液體階段作為金屬電極的自愈成分。”

為了提供相似的液體-固體界面，該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)半固體電極，放置于鋰金屬陽(yáng)極與固體電解質(zhì)材料之間。這個(gè)半固體電極提供了一個(gè)可以自愈的表層，同時(shí)也有助于防止脆性電解質(zhì)表面出現(xiàn)微小裂紋，從而為樹(shù)突生長(zhǎng)提供場(chǎng)所。半固體電極的材料是由鈉和鉀組成的，與牙醫(yī)用來(lái)填補(bǔ)蛀洞的固體金屬混合物相似，但仍然能夠流動(dòng)和成形。

根據(jù)新聞消息，該研究團(tuán)隊(duì)能夠在液體金屬界面上在運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)可以使用比固態(tài)鋰金屬大20倍的電流，而不會(huì)形成任何樹(shù)突的鋰枝晶。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這種新的方法可以適應(yīng)不同版本和結(jié)構(gòu)的固態(tài)鋰電池。其中一位研究員CMU機(jī)械工程教授Venkatasubramanian Viswanathan說(shuō)：“我們認(rèn)為我們可以將這種方法用到任意固態(tài)鋰離子電池上。該方法可以立即用于電池開(kāi)發(fā)，擴(kuò)大應(yīng)用的發(fā)展，從手持設(shè)備到電動(dòng)汽車(chē)再到電動(dòng)航空。”

現(xiàn)在判斷在鋰金屬陽(yáng)極與固態(tài)電解質(zhì)之間液體金屬層是一個(gè)突破還是僅僅是向固態(tài)鋰電池發(fā)展的又一步，還為時(shí)尚早。通過(guò)關(guān)注金屬電極特性，而不僅僅關(guān)注是固體電解質(zhì)的性質(zhì)，這項(xiàng)研究可能會(huì)激發(fā)進(jìn)一步的創(chuàng)新。

原標(biāo)題：液體電極層可以提高電池充電性能