據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)25日?qǐng)?bào)道，日本東北大學(xué)和高能加速器研究組織的科學(xué)家，開發(fā)出一種新的復(fù)合氫化物鋰超離子導(dǎo)體。研究人員表示，通過設(shè)計(jì)氫簇（復(fù)合陰離子）結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的這一新材料，對(duì)鋰金屬顯示出了極高的穩(wěn)定性，使鋰金屬有望成為全固態(tài)電池的最終陽極材料，催生出迄今能量密度最高的全固態(tài)電池。

陽極為鋰金屬的全固態(tài)電池有望解決傳統(tǒng)鋰離子電池的電解質(zhì)泄漏、易燃和能量密度有限等問題，人們普遍認(rèn)為，鋰金屬是全固態(tài)電池的最佳陽極材料，因?yàn)樗哂凶罡叩睦碚撊萘亢鸵阎枠O材料中最低的電位。

鋰離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)是全固態(tài)電池的關(guān)鍵組成部分，但問題是，大多數(shù)現(xiàn)有的固體電解質(zhì)具有化學(xué)/電化學(xué)不穩(wěn)定性，不可避免地會(huì)在界面處引起不必要的副反應(yīng)，導(dǎo)致界面電阻增加，在重復(fù)充放電期間極大地降低電池的性能。

研究人員表示，復(fù)合氫化物在解決與鋰金屬陽極相關(guān)的問題時(shí)廣受關(guān)注，因?yàn)樗鼈儗?duì)鋰金屬陽極具有出色的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。他們得到的新型固體電解質(zhì)不僅擁有高離子導(dǎo)電性，且對(duì)鋰金屬也非常穩(wěn)定，因此，對(duì)于使用鋰金屬陽極的全固態(tài)電池來說是一個(gè)真正的突破。

研究人員表示：“這一發(fā)展不僅有助于我們未來找到基于復(fù)合氫化物的鋰離子導(dǎo)體，還將開辟固體電解質(zhì)材料領(lǐng)域的新趨勢(shì)，得到的新型固體電解質(zhì)材料有望促進(jìn)高能量密度電化學(xué)裝置的發(fā)展。”

鋰金屬相關(guān)資訊介紹：

英媒稱，鋰金屬電池的儲(chǔ)電量相當(dāng)于鋰離子電池的10倍，但是因?yàn)橐粋€(gè)致命缺陷一直未被商業(yè)化：在鋰金屬電池充放電時(shí)，鋰會(huì)不均勻地聚集在電極上。這種積聚會(huì)大大縮短電池壽命，而且更重要的是，這可能會(huì)導(dǎo)致電池短路和起火。

據(jù)英國(guó)科學(xué)新聞網(wǎng)站3月15日?qǐng)?bào)道，現(xiàn)在，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校（UIC）的研究人員開發(fā)了一種以氧化石墨烯為涂層的“納米片”來解決這一問題：將這種納米片置于鋰金屬電池的兩個(gè)電極之間能夠防止鋰的不均勻聚集，令電池經(jīng)過數(shù)百次的充電/放電循環(huán)仍能安全工作。研究人員將研究成果刊登在美國(guó)《先進(jìn)功能材料》雜志上。

這篇研究論文的通訊作者、UIC工程學(xué)院機(jī)械與工業(yè)工程專業(yè)副教授雷扎·沙赫巴齊安-亞薩爾說：“我們的研究結(jié)果表明，二維材料——在此例中為氧化石墨烯——能夠幫助調(diào)節(jié)鋰聚集，從而延長(zhǎng)鋰金屬電池的使用壽命。”

報(bào)道稱，在鋰離子電池中，有一個(gè)隔膜被置于電解液中。這種隔膜通常由多孔聚合物或玻璃陶瓷纖維制成，隔膜允許鋰離子通過，同時(shí)擋住其他部件，以防發(fā)生可能導(dǎo)致起火的短路。

沙赫巴齊安-亞薩爾及其同事在鋰金屬電池中使用了一種改進(jìn)的隔膜來調(diào)節(jié)鋰離子的流動(dòng)，以控制鋰的聚集速度，然后觀察其是否能防止鋰樹枝狀結(jié)晶的形成。他們把氧化石墨烯噴涂到一種玻璃纖維隔膜上，從而制造出他們口中的“納米片”。

這項(xiàng)研究的第一作者、UIC工程學(xué)院研究生塔拉·福魯贊說，研究人員利用掃描電子顯微鏡和其他成像技術(shù)來展示，當(dāng)這種納米片被用于鋰金屬電池時(shí)，鋰電極表面會(huì)形成一層均勻的鋰膜，這實(shí)際上提高了電池性能，并且令電池更安全。

得克薩斯農(nóng)機(jī)大學(xué)的一組研究人員帶頭進(jìn)行的分子模擬表明，鋰離子暫時(shí)與氧化石墨烯結(jié)合，然后通過納米片中的納米級(jí)缺陷區(qū)擴(kuò)散。這放慢了鋰離子的通過速度，從而阻止了在電極上形成鋰的樹枝狀結(jié)晶。