下一代快充锂电池突破在即?新研究有望帮助攻克关键瓶颈

中国储能网讯：采用固态电解质的新型锂金属电池重量轻、能储存大量能量、充电速度快，是下一代锂电池的理想发展方向。但由于这类电池的短路故障和易燃问题，它们发展缓慢。现在，美国斯坦福大学和SLAC国家加速器实验室的一项最新研究似乎取得了突破。

研究人员们表示，他们已经解开了这个谜团：这归结于压力，更准确地说，是机械压力，尤其是在强力充电期间。

这项研究的资深作者William Chueh解释说，“仅仅是适度的压痕、弯曲或扭曲电池就会导致材料中的纳米级裂缝打开，锂会侵入固体电解质，进而导致短路。”

“此外，即使是在制造过程中不慎引入的灰尘或其他杂质也能产生足够的压力导致故障，”他补充说。

固态电解质失效的问题并不新鲜，许多人已经研究了这一现象。关于究竟是什么原因，众说纷纭。一些人认为这是电子无意的流动造成的，而另一些人则认为是化学作用造成的。然而，还有一些人则认为有不同的力量在起作用。

在上述新研究中，研究人员们用严格的、具有统计学意义的实验，解释了纳米级缺陷和机械应力如何导致固体电解质失效，并将其研究成果发表在了《自然能源》杂志上。

具体而言，当今许多主要的固态电解质都是陶瓷的。它们能够快速运输锂离子，并将存储能量的两个电极物理分离。最重要的是，它们是防火的。但是，就像人们家里的陶瓷一样，它们的表面会产生微小的裂缝。

据悉，研究人员总共进行了60多个实验。在每个实验中，他们都会将一个电探针应用于固体电解质，并创建一个微型电池，然后使用电子显微镜实时观察其快速充电。随后，他们用离子束作为"手术刀"，了解为什么锂在某些地方如愿以偿地聚集在陶瓷表面，而在其他地方则开始钻入，越钻越深，直到锂在固体电解质上搭桥，形成短路。

研究发现，差异在于压力。当电探针仅仅接触到电解质的表面时，即使电池在不到一分钟内被充电，锂也会聚集在电解质上面。然而，当探针压入陶瓷电解质，模仿压痕、弯曲和扭曲的机械应力时，电池短路的可能性更大。

该研究团队最终证明，即使是细微的弯曲、轻微的扭曲，或夹在电解质和锂阳极之间的灰尘斑点，都会造成难以察觉的缝隙，许多缝隙都小于20纳米宽。

这一研究意义重大，可以帮助锂金属电池突破瓶颈，离大规模商业化更进一步。研究人员说，能量密集、快速充电、不易燃的锂金属电池，可以克服在电动汽车广泛使用的主要障碍。图片