DOE揭秘电池阳极中锂金属的秘密 以延长电池寿命

盖世汽车讯 纯锂金属或可成为目前电动汽车电池中使用的石墨负极的替代品。相对于现有技术，纯锂金属可以极大地减轻电池重量并显著延长电动汽车的续航里程。但在用于汽车之前，科学家们需要首先明白如何延长锂金属电池的寿命。

据外媒报道，由美国能源部（DOE）布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）和石溪大学（Stony Brook University）的化学家Peter Khalifah领导的一项新研究，跟踪了电池阳极在循环过程中锂金属的沉积和去除，以寻找相关故障发生方式的秘密。

Khalifah表示：“一个好电池的锂电镀（沉积）和剥离（去除）的速率在电极表面的所有位置都是相同的。而研究结果表明，在某些地方去除锂非常困难，这表明该位置存在问题。通过找出问题原因，我们可以弄清楚如何解决问题，并制造出容量更高、寿命更长的电池。”

（图片来源：布鲁克海文国家实验室）

在美国能源部阿贡国家实验室的美国能源部科学办公室Advanced Photon Source，Khalifah及其合作者使用强X射线进行了这项研究。他们成功跟踪锂在一个完整的充放电循环中从阴极穿梭到阳极并返回的过程。

Khalifah表示：“X射线可以直接穿透电池，因此可以快速地进行多次测量，以跟踪电池变化时发生的情况。据悉，目前还没有人能够在锂穿梭发生时使用X射线来绘制路径。”

面临的挑战之一是使用X射线很难看到锂原子。在阴极和阳极之间移动的少量锂原子发出的微弱信号很容易被电池其他材料发出的更强信号所掩盖，包括来自纯锂金属阳极上大量锂的信号。

为了解决上述问题，Khalifah的研究团队设计出一种使用“裸”阳极的电池，当然这个裸是相对于预先存在的锂而言。因此穿梭锂离子的信号更容易测量。随后，研究人员对两种不同阳极材料铜和钼进行比较，发现在这些电池运行期间，锂离子从阴极材料中提取出来后会以纯锂金属的形式沉积在这些材料上。因此研究人员能够跟踪一致的锂金属是如何添加及移除到阳极表面的。通过比较使用铜和钼阳极的过程，研究人员也可确定这两种金属间的差异，从容有益于设计改进的电池。通过试验，该团队绘制出在电池在充放电各个阶段时电极上锂的含量。