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只需加水！KAIST将锂金属电池寿命延长750%

盖世汽车 Elisha 2024-12-17 10:07:27

核心提示：该电池在经过300次充放电循环后仍保持93.3%的容量，达到了世界一流的性能。

盖世汽车讯新一代锂金属阳极材料能够克服商用电池的局限性，但其固有问题容易导致电池寿命缩短并增加起火风险。据外媒报道，韩国科学技术院（KAIST）研究人员取得了重大突破，仅使用水就能够将锂金属阳极的寿命延长约750%。

图1. 通过环保静电纺丝工艺利用水来制备新开发的保护膜（图片来源：韩国科学技术院）

KAIST材料科学与工程系Il-Doo Kim教授与亚洲大学（Ajou University）Jiyoung Lee教授合作，通过使用环保型中空纳米纤维作为保护层，成功地稳定了锂生长，并明显提升下一代锂金属电池的使用寿命。

传统保护层技术是在锂金属上施加表面涂层，以便与电解质形成人工界面。这依赖于有毒的工艺和昂贵的材料，对锂金属阳极寿命的改善有限。

为了克服这些局限性，Kim教授团队提出一种中空纳米纤维保护层，能够通过物理和化学方法来控制锂离子生长。这种保护层通过环保静电纺丝工艺制造，以从植物中提取的瓜尔胶（guar gum）为主要原料，并使用水作为唯一溶剂。瓜尔胶是一种从瓜尔豆中提取的天然聚合物，主要由单糖构成，其氧化官能团能够调节与锂离子的相互作用。

图2. 新开发保护膜对锂枝晶的理化控制；（图片来源：韩国科学技术院）

该纳米纤维保护层可以有效控制电解质和锂离子之间的可逆化学反应。而纤维内的中空空间能够抑制锂离子在金属表面上随机积累，从而稳定锂金属表面和电解质之间的界面。

图3. 采用新开发保护膜的锂金属电池全电池的性能（图片来源：韩国科学技术院）

结果，与传统锂金属阳极相比，具有这种保护层的锂金属阳极的使用寿命增加了约750%。该电池在经过300次充放电循环后仍保持93.3%的容量，达到了世界一流的性能。

研究人员还证实，这种天然保护层在土壤中大约一个月内就会完全分解，从而证明其整个制造和处理过程具有环保性。

Il-Doo Kim教授表示：“通过利用物理和化学保护功能，研究人员能够有效地引导锂金属和电解质之间的可逆化学反应并抑制枝晶生长，从而使锂金属阳极具有前所未有的使用寿命。随着人们对电池需求激增，因生产和处理电池而产生的环境负担日益严重，这种水基制造方法具有生物降解性，将对下一代环保电池商业化做出重大贡献。”