新型锂金属电池有望实现能量翻倍、环境影响减半的目标

锂金属电池可以储存两倍于锂离子电池的能量，但由于需要使用含氟溶剂和盐类，因此面临着环境挑战。由玛丽亚-卢卡茨卡娅（Maria Lukatskaya）领导的苏黎世联邦理工学院研究小组开发出了一种减少氟含量的方法，从而提高了电池的稳定性，使其更加环保和经济。

锂金属电池是下一波先进高能电池的主要竞争者。与常用的锂离子电池相比，金属锂电池的单位体积能量存储至少增加了一倍。因此，这一进步可使电动汽车一次充电的行驶距离增加一倍，或使智能手机减少充电次数。

目前，锂金属电池仍存在一个重要缺陷：液态电解质需要添加大量含氟溶剂和含氟盐，这增加了对环境的影响。然而，如果不添加氟，锂金属电池就会不稳定，充电几次后就会停止工作，而且容易发生短路、过热和起火。苏黎世联邦理工学院电化学能源系统教授玛丽亚-卢卡茨卡娅领导的研究小组现已开发出一种新方法，可大幅减少金属锂电池所需的氟量，从而使其更环保、更稳定、更具成本效益。

电解液中的氟化合物有助于在电池负极的金属锂周围形成保护层。Lukatskaya 解释说："这个保护层可以比作牙齿的珐琅质。它保护金属锂不与电解质成分发生持续反应。如果没有它，电解液就会在循环过程中迅速耗尽，电池就会失效，而且缺乏稳定的保护层会导致在充电过程中形成枝晶，而不是一个保形的平面保护层。"

如果这些树枝状突起接触到正极，就会导致短路，从而有可能使电池升温过快而被点燃。因此，控制保护层特性的能力对电池性能至关重要。稳定的保护层可以提高电池的效率、安全性和使用寿命。

博士生 Nathan Hong 说："问题是如何在不影响保护层稳定性的情况下减少氟的添加量。"

该研究小组的新方法利用静电吸引来实现理想的反应。在这里，带电的含氟分子是将氟输送到保护层的载体。这意味着液态电解质中只需要 0.1% 重量百分比的氟，比之前的研究至少低 20 倍。

苏黎世联邦理工学院研究小组在最近发表于《能源与环境科学》杂志的一篇论文中介绍了这种新方法及其基本原理。专利申请已经完成。

最大的挑战之一是找到可以附着氟的合适分子，而且一旦附着到锂金属上，也能在合适的条件下再次分解。该研究小组解释说，这种方法的一个关键优势是可以无缝集成到现有的电池生产过程中，而不会因为改变生产设置而产生额外成本。实验室使用的电池只有硬币大小。

下一步，研究人员计划测试该方法的可扩展性，并将其应用于智能手机中使用的电池。

编译自/ScitechDaily