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在鋰陽極和固體電解質(zhì)之間放置一層液態(tài)金屬顯示固態(tài)電池充電的改進(jìn)。

任何關(guān)注固態(tài)鋰金屬電池發(fā)展的人都知道在充電過程中會遇到很多挑戰(zhàn)。這些電池中的陽極（負(fù)極）由一層薄鋰金屬箔組成，這一層薄鋰金屬箔提供的鋰離子比鋰離子電池使用中的石墨陽極多的多，因此會產(chǎn)生更高的能量顯示密度。在充電過程中，鋰針狀枝晶覆蓋在鋰金屬表面。這些針狀樹突的鋰枝晶的擴(kuò)散會導(dǎo)致電池短路，引起火災(zāi)。


電池的固態(tài)部分來自固態(tài)聚合物或陶瓷電解液材料，可以抑制鋰針狀枝晶擴(kuò)散。這已經(jīng)取得了部分成功，但樹突的生長仍給設(shè)計造成長期困擾。未來電動汽車（EV）是需要快速直流充電的。不幸的是，樹突的生長隨著更快速的充電而迅速增長，到目前為止這個問題在很大程度上阻礙了實(shí)用固態(tài)鋰電池的大規(guī)模商業(yè)化。

研究人員在提高電池性能這方面努力解決問題。一組研究團(tuán)隊中的科學(xué)家是由麻省理工大學(xué)（MIT），得克薩斯農(nóng)工大學(xué)（TAMU），布朗大學(xué)（Brown University）與卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（CMU）組成的，最近在對鋰金屬陽極表面的使用一層液體金屬電極材料薄膜進(jìn)行研究。

液體金屬電極

該研究團(tuán)隊在高溫電池實(shí)驗中，使用融化的金屬電極受到啟發(fā)。這些電池是在幾百度高溫下工作，所以在便攜式電池驅(qū)動設(shè)備或電動汽車上是不適用的。然而，這些電池可以在高電流的情況下進(jìn)行充電，而不形成有害樹突。MIT畢業(yè)學(xué)生Richard Park在新聞發(fā)布會中說道：“開發(fā)電極的動機(jī)是基于精心挑選的合金電極，是為了在引入液體階段作為金屬電極的自愈成分。”

為了提供相似的液體-固體界面，該研究團(tuán)隊開發(fā)了一個半固體電極，放置于鋰金屬陽極與固體電解質(zhì)材料之間。這個半固體電極提供了一個可以自愈的表層，同時也有助于防止脆性電解質(zhì)表面出現(xiàn)微小裂紋，從而為樹突生長提供場所。半固體電極的材料是由鈉和鉀組成的，與牙醫(yī)用來填補(bǔ)蛀洞的固體金屬混合物相似，但仍然能夠流動和成形。

根據(jù)新聞消息，該研究團(tuán)隊能夠在液體金屬界面上在運(yùn)行系統(tǒng)時可以使用比固態(tài)鋰金屬大20倍的電流，而不會形成任何樹突的鋰枝晶。

研究團(tuán)隊認(rèn)為這種新的方法可以適應(yīng)不同版本和結(jié)構(gòu)的固態(tài)鋰電池。其中一位研究員CMU機(jī)械工程教授Venkatasubramanian Viswanathan說：“我們認(rèn)為我們可以將這種方法用到任意固態(tài)鋰離子電池上。該方法可以立即用于電池開發(fā)，擴(kuò)大應(yīng)用的發(fā)展，從手持設(shè)備到電動汽車再到電動航空。”

現(xiàn)在判斷在鋰金屬陽極與固態(tài)電解質(zhì)之間液體金屬層是一個突破還是僅僅是向固態(tài)鋰電池發(fā)展的又一步，還為時尚早。通過關(guān)注金屬電極特性，而不僅僅關(guān)注是固體電解質(zhì)的性質(zhì)，這項研究可能會激發(fā)進(jìn)一步的創(chuàng)新。

原標(biāo)題：液體電極層可以提高電池充電性能