一種新的全固態鋰電池不僅可以儲存幾乎是標準鋰離子電池兩倍的能量，而且它也不容易像現在的商業電池那樣起火。該原型成功的背后的秘密是什么？在一項新的研究中去掉了一個電池常用的電極。

傳統的電池通過兩個電極之間的化學反應供電——帶負電的陽極和帶正電的陰極，帶負電陽極的電子從電池中流出，帶正電陰極的電子可以進入電池。典型的鋰離子電池的電極是由其結構可以儲存和釋放帶電鋰離子的物質制成的。陽極通常由石墨組成，而陰極通常是金屬氧化物。這些電極材料被涂覆在金屬箔上，金屬箔收集陽極產生的電流，這種金屬通常是銅，陰極是鋁。

鋰離子電池中的電極通常通過液體或凝膠電解質相互作用。全固態電池轉而采用由陶瓷等材料制成的固體電解質。

固體電解質比液體或凝膠電解質更緊湊。這意味著，在相同的重量或空間下，所有固態電池都可以比傳統電池產生更多的能量。此外，全固態鋰電池比使用通常易燃的有機液體電解質的傳統鋰電池安全得多。

至于制造穩定、有用的全固態電池的最佳方法，仍有很多不確定因素。例如，之前的研究發現，硫化物基固體電解質可以幫助制造可以儲存大量能量的電池。然而，這些電解質中的硫化物可以與兩個電極反應，產生阻礙電池內電流的化合物。

科學家們試圖改進全固態電池的一種方法是用銅箔集電器代替傳統的石墨陽極。這一策略可以顯著提高這些電池的能量。這項研究的資深作者、德克薩斯大學奧斯汀分校的材料科學家David Mitlin說：“實際上，你正在消除電池一半的內部材料，”他補充道，“使用更少的材料也降低了成本。”

然而，研究無陽極全固態電池所面臨的一個關鍵挑戰是，它們要以穩定的方式經歷放電和再充電循環。現在，在一項新的研究中，研究人員表明一種新的涂層可能會克服這個問題。

科學家們用硫化物基固體電解質進行了無陽極全固態電池的實驗。他們探索在其銅集電器上涂上超薄的鋰活化碲。其目的是控制鋰金屬在銅上擴散或“潤濕”銅的方式。他們發現這種新的涂層有助于鋰金屬在銅集電器上沉積和溶解成一層均勻的薄層。

在沒有這種新涂層的情況下，研究人員發現銅箔在充電和放電過程中會被不規則的微觀結構覆蓋。Mitlin說，其中包括尖銳的枝晶，它們“可以而且將導致陽極和陰極之間的電池短路，進而導致電池起火”。它們還包括阻礙電池性能的“死金屬”塊和蜂窩狀材料外殼。他說：“這就像發動機內部覆蓋了一層厚厚的鐵銹。”

與商用鋰離子電池相比，這種新型電池可以多容納72%的重量能量和95%的體積能量。研究人員指出，他們可以使用標準制造技術在這些銅集電器上生產新的涂層。他們補充道，這可能有助于直接擴大這些新電池的生產。

Mitlin說：“這些發現可能為無陽極和全固態電池的大規模商業化提供了關鍵的缺失環節。”

盡管如此，Mitlin警告說，盡管這項研究可能解決了無陽極全固態鋰電池的一個關鍵問題，但要真正將其推向市場，還需要大量的開發。他說：“要使無陽極全固態鋰電池從實驗室規模發展到原型規模，更不用說汽車規模了，還需要進行大量的工作。”

審核編輯：劉清