中國儲能網訊：鋰金屬電池可以儲存兩倍于鋰離子電池的能量，但由于需要使用含氟溶劑和鹽類，因此面臨著環(huán)境挑戰(zhàn)。由瑪麗亞-盧卡茨卡婭（Maria Lukatskaya）領導的蘇黎世聯邦理工學院研究小組開發(fā)出了一種減少氟含量的方法，從而提高了電池的穩(wěn)定性，使其更加環(huán)保和經濟。
鋰金屬電池是下一波先進高能電池的主要競爭者。與常用的鋰離子電池相比，金屬鋰電池的單位體積能量存儲至少增加了一倍。因此，這一進步可使電動汽車一次充電的行駛距離增加一倍，或使智能手機減少充電次數。
目前，鋰金屬電池仍存在一個重要缺陷：液態(tài)電解質需要添加大量含氟溶劑和含氟鹽，這增加了對環(huán)境的影響。然而，如果不添加氟，鋰金屬電池就會不穩(wěn)定，充電幾次后就會停止工作，而且容易發(fā)生短路、過熱和起火。蘇黎世聯邦理工學院電化學能源系統教授瑪麗亞-盧卡茨卡婭領導的研究小組現已開發(fā)出一種新方法，可大幅減少金屬鋰電池所需的氟量，從而使其更環(huán)保、更穩(wěn)定、更具成本效益。
電解液中的氟化合物有助于在電池負極的金屬鋰周圍形成保護層。Lukatskaya 解釋說："這個保護層可以比作牙齒的琺瑯質。它保護金屬鋰不與電解質成分發(fā)生持續(xù)反應。如果沒有它，電解液就會在循環(huán)過程中迅速耗盡，電池就會失效，而且缺乏穩(wěn)定的保護層會導致在充電過程中形成枝晶，而不是一個保形的平面保護層。"
如果這些樹枝狀突起接觸到正極，就會導致短路，從而有可能使電池升溫過快而被點燃。因此，控制保護層特性的能力對電池性能至關重要。穩(wěn)定的保護層可以提高電池的效率、安全性和使用壽命。
博士生 Nathan Hong 說："問題是如何在不影響保護層穩(wěn)定性的情況下減少氟的添加量。"
該研究小組的新方法利用靜電吸引來實現理想的反應。在這里，帶電的含氟分子是將氟輸送到保護層的載體。這意味著液態(tài)電解質中只需要 0.1% 重量百分比的氟，比之前的研究至少低 20 倍。
蘇黎世聯邦理工學院研究小組在最近發(fā)表于《能源與環(huán)境科學》雜志的一篇論文中介紹了這種新方法及其基本原理。專利申請已經完成。
最大的挑戰(zhàn)之一是找到可以附著氟的合適分子，而且一旦附著到鋰金屬上，也能在合適的條件下再次分解。該研究小組解釋說，這種方法的一個關鍵優(yōu)勢是可以無縫集成到現有的電池生產過程中，而不會因為改變生產設置而產生額外成本。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，并將其應用于智能手機中使用的電池。
