鋰金屬電池的新型電解質設計可以顯著提高電動車的續航里程。蘇黎世聯邦理工學院的研究人員從根本上減少了穩定這些電池所需的對環境有害的氟的含量。

鋰金屬電池是下一代高能量電池最有希望的候選人之一。它們每單位體積可以儲存的能量至少是普通電池的兩倍鋰離子電池如今已廣泛使用。例如，這意味著電動車一次充電可以行駛兩倍的距離，或者智慧型手機不必頻繁充電。

目前，該方法仍存在關鍵缺陷鋰金屬電池： 這液體電解質需要添加大量的氟化溶劑和氟化鹽，這增加了其環境足跡。

不添加氟然而，鋰金屬電池不穩定，充電幾次後就會停止工作，並且容易發生短路、過熱和起火。

由蘇黎世聯邦理工學院電化學能源系統教授瑪麗亞·盧卡茨卡婭（Maria Lukatskaya）領導的一個研究小組現已開發出一種新方法，可以大大減少鋰金屬電池所需的氟量，從而使它們更環保、更穩定且成本更低。

工作是發表在日記中能源與環境科學。已申請專利。

穩定的保護層可提高電池的安全性和效率

電解質中的氟化化合物有助於在負極金屬鋰周圍形成保護層電池。

「這個保護層可以比喻為牙齒的琺瑯質，」盧卡茨卡婭解釋。“它可以保護金屬鋰免於與電解質成分發生持續反應。”

如果沒有它，電解質會在循環過程中迅速耗盡，電池會失效，並且缺乏穩定的層會導致在充電過程中形成鋰金屬晶須（“枝晶”），而不是保形扁平結構。

如果這些枝晶接觸到正極，就會導致短路，並有電池過熱而起火的風險。因此，控制此保護層特性的能力對於電池性能至關重要。穩定的保護層可提高電池效率、安全性和使用壽命。

最大限度地減少氟含量

「問題是如何在不影響保護層穩定性的情況下減少氟的添加量，」博士生 Nathan Hong 說。該小組的新方法利用靜電引力來實現所需的反應。在這裡，帶電的氟化分子充當將氟運輸到保護層。這意味著液體電解質中僅需要 0.1% 重量的氟，比先前的研究至少低 20 倍。優化方法讓電池更環保

最大的挑戰之一是找到可以附著氟的正確分子，一旦到達鋰金屬，氟就會在正確的條件下再次分解。

正如該小組所解釋的那樣，這種方法的一個關鍵優點是它可以無縫整合到現有的電池生產過程中，而不會產生任何影響。

額外費用

更改生產設定。實驗室使用的電池只有硬幣大小。下一步，研究人員計劃測試該方法的可擴展性，並將其應用於智慧型手機中使用的軟包電池。

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