新固態鋰金屬電池3分鐘充滿電

美國哈佛大學科學家為電動汽車開發了一種新型固態鋰金屬電池，該電池有望實現3分鐘內完全充電，並且可持續使用20年。相關論文發表在最近的《自然》雜誌上。

目前，初創公司Adden Energy宣佈已獲得哈佛大學技術發展辦公室授予的獨家技術許可，用於推進該技術的商業化，其目標是將電池縮小為手掌大小的“軟包電池”，其組件封裝在鋁涂層薄膜中。

這款電池使用的是純金屬形式的鋰，而不是目前市場上電動汽車電池所用的鋰離子。同時，“固態”是指使用固體電極和固體電解質，而不是鋰離子電池中的液體或聚合物凝膠電解質。

在實驗室中，該團隊的電池原型實現了充電速度快至3分鐘的，並且在生命週期內可迴圈超過1萬次。研究人員表示，目前，即使是同類中最好的電池也只有2000—3000次充電迴圈，這項技術可能會“改變遊戲規則”。

這款新電池新穎且複雜的設計靈感來自於英式經典三明治。與傳統的鋰離子電池相比，鋰金屬電池在相同體積下儲存的能量要多得多，而充電時間卻比傳統鋰離子電池少得多。但它們很容易形成“樹突”——一種微小的、剛性的樹狀結構。樹突會在電池中生長，其針狀突起的部分稱為枝晶。這些結構像根一樣長入電解質並刺穿分隔陽極和陰極的屏障，可能導致電池著火。

類似三明治的多層結構可防止枝晶結構生成。如果將電池想像成三明治，首先一層是麵包（鋰金屬陽極），然後是生菜（石墨涂層），接下來是一層番茄（第一種電解質）和一層培根（第二種電解質），最後是另一層番茄和最後一塊麵包（陰極）。在這種設計中，樹突在“生菜”和“番茄”中生長，但在“培根”處停止。“培根”屏障阻止枝晶穿過使電池短路，從而防止了故障産生。

此外，該電池可自我修復，這意味著它的化學成分允許它回填由枝晶産生的孔。

這家創業公司表示，清潔能源儲存技術的快速發展對於應對氣候變化至關重要。據估計，僅全球汽車電氣化一項就可將全球溫室氣體排放量減少16%，而這種“新電池模式”被視為實現這一目標的關鍵。