华中农业大学开发新型锂负极技术 可提高锂金属电池的安全性和效率

现在，电动汽车和个人便携式电子产品持续增长，对电池的需求也越来越高。锂金属电池具有更高的容量、持久性和安全性，有望替代常用的锂离子电池。推广使用锂金属电池，需要解决两个挑战性问题。首先，这类电池往往会积聚锂枝晶；第二，电极的体积变化很大。这些问题会导致电池的性能下降，引起安全隐患。据外媒报道，《纳米研究》(Nano Research)杂志上发表的一篇论文显示，研究人员描述了一种利用热灌注(thermalinfusion)开发三维复合锂负极的技术，可以有效解决锂沉积和充电循环中的能量损耗问题。

华中农业大学的研究人员曹菲菲教授表示：“锂金属电池的能量密度高，有望成为电动汽车的电化学存储设备。然而，锂枝晶生长和锂负极体积变化大的问题，使其实际应用受到影响。探讨合适的方法来解决锂负极存在的问题，具有重要意义，可以提高电池的实用性。”

为了解决这些问题，研究人员创建了3D支架，并向其中注入熔融锂。确保技术安全性的关键在于，使用由双氧化镁铝纳米片构成的层体。据介绍，这种材料是亲锂材料，可以吸引锂生成合金介质。熔融锂被吸引到纳米片上，通过表面张力的作用，被带到3D支架上。研究人员表示，这种表面张力具有重要意义，可以促进熔融锂瞬间渗透到3D主体中，形成稳定的3D合锂负极。

研究人员对使用这项技术开发的电池进行了严格的测试。与现有技术相比，这些电池形成了管状枝晶，但厚度波动仅为3%。相比之下，采用以往的技术，大尺寸电极的增长率为22%。

研究人员还测试了电池的库化效率或电流效率，以衡量容量和能量损耗。经过100次充电循环，可保持98.6%的效率。相比之下，普通的锂金属电池经过23次充电循环，就会出现明显的能量损耗。

展望未来，研究人员计划继续改进锂金属电池，以促进这项技术的广泛应用。曹教授表示：“下一步，我们将用轻质基材来代替厚重的基材，以生成高质量比活性锂，提高电池的能量密度。研究人员希望制备一种安全性高的复合锂负极，使电池的能量重量密度达到500Whkg^-1以上，从而提高市场竞争力。”

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