誰說鋰金屬電池不能充電？科學家們不高興了！

材料牛注：據悉，科奈爾的科學家們找到在常溫條件下抑制鋰金屬電池樹突增殖的方法，這意味著在不遠的將來，誰都無法阻擋充電鋰金屬電池的腳步！像這樣的小電池也能充電，將會怎樣影響我們的生活呢？

可充電鋰金屬電池的蓄電能力遠遠超過我們筆記本電腦和智能手機的鋰離子電池，但是問世40多年來，這種電池一直未被重用，原因是反復充電時，鋰金屬電池負極的表面會自發地生成樹狀突。充電數小時之內這些樹狀突即可充滿正負極之間的空隙，從而引發短路，造成安全隱患。

怎樣克服這種問題呢？目前主要通過在正負極之間放置性能穩定的障礙物來控制樹突生長。個中原理很簡單：如果障礙物比穿過它的金屬性能穩定，障礙物就會起作用。但正是因為這種絕緣且易碎的障礙物，使得電池僅能在高溫條件下使用，并且容易損壞。這樣的電池，怎么能給我們心愛的iphone使用呢？

這時科學家們站出來說話了：來自科奈爾的科研團隊（由化學和生物分子工程教授Lynden Archer和研究生Snehashis Choudhury帶頭）在其最近的研究中稱，使用臨界值之下的孔尺寸納米結構薄膜，可在室溫下阻止鋰金屬電池樹突的生長。不久的將來，手機及其他設備的鋰金屬電池或可問世。

思路是這樣的：將聚氧化乙烯嫁接至硅石制造出毛狀納米顆粒，然后形成納米有機雜化材料(NOHMs，這種材料Archer和他的同事們已經研究了數年)，最后生成納米孔薄膜。

納米低位PEO與另外一種聚合物——聚環氧丙烷交叉相連生成性能良好、易為電解質浸潤的薄膜。這種結構室溫下導電性能優良，且抑制樹突生長。

“與使用障礙物限制樹突增殖不同，這種薄膜包含一種能讓離子通過的多孔介質，但是孔隙尺寸夠小，足以限制樹突增殖，” Choudhury表示，“借助這種納米結構電解液，我們發明了機械強度優良的材料，即使是在在室溫下，它的離子導電率也很高。”

Archer的科研團隊把交叉相連的納米顆粒同其他的材料做了對比，并發現“這樣的薄膜比該領域任何一種材料限制樹突的效率都高，這是一項了不起的成就，但是電池技術不必完全使用這種發明” Archer表示。“我們的薄膜可適用于多種形式的電池，因為它就像繪畫一樣，我們可以在任何形狀的電極表面畫畫，” Choudhury補充說。

這一發明還向其他應用敞開了大門，Archer表示，“Snehashis研發的結構對其他金屬電池也有效，如鈉、鋁，這些金屬都比鋰儲量高，也更便宜，并同樣受到樹突的限制。”

這個科研團隊的研究成果發表在12月4日的Nature Communications雜志上，團隊共有4人，另外兩名成員是博士研究生Rahul Mangal和Akanksha Agrawal。

原文參考鏈接：

Team devises new way for stabilizing battery recharge

文獻鏈接：

Room-temperature lithium metal battery closer to reality

本文由編輯部楊志濤提供素材，王八嫉妒月亮編譯，點我加入編輯部