马里兰大学研发全新电池技术 可降低电动汽车火灾风险

盖世汽车讯 10月26日，马里兰大学（University of Maryland）研究锂电池失效原理的研究人员开发出全新技术，可以使下一代电动汽车（EV）和其他设备不易发生电池火灾，同时增加能量储存。

10月25日，新技术的相关论文已期刊发表于《自然（Nature）》，表示可以抑制锂枝晶的生长。锂枝晶是在所谓的全固态锂电池内形成的损害性树枝状结构，阻止了企业广泛商业化这一颇有前途的技术。但这种由化学与分子生物工程系教授Chunsheng Wang领导的新设计，能够以电池“中间层”的结构阻止枝晶的形成，这或许可以为量产可行的电动汽车全固态电池敞开大门。

全美至少有75万辆注册的电动汽车使用锂离子电池，这种电池因其高能量存储特性而广受欢迎，但其中含有的易燃液体电解质成分会在过热时燃烧。虽然没有政府机构按照汽车类型追踪车辆火灾，而且电动汽车电池火灾似乎也相对罕见，但它们仍会带来特定的风险。美国国家运输安全委员会（National Transportation Safety Board）报告称，急救人员很容易受到安全风险的影响，包括触电和接触受损或燃烧电池释放的有毒气体。

锂电池电动汽车概念图；图片来源：马里兰大学

Wang表示，全固态电池可能会使车辆比当前的电动汽车或内燃动力汽车更加安全，但制定弥补这些缺陷的策略非常困难。当这些电池在电动汽车所需的高容量和充放电速率下运行时，锂枝晶会向阴极侧生长，导致短路和容量衰减。

他和博士后助手Hongli Wan于2021年开始研究锂枝晶生长形成的理论。研究人员表示，这仍然是一个备受科学界争议的问题。“在我们弄清楚这一部分之后，我们提出了重新设计中间层的想法，以有效抑制锂枝晶的生长。”Wang表示。

他们的解决方案很独特，因为固体电解质和阳极（电路中电子进入电池的位置）以及电解质和阴极（能量流出电池的位置）之间的电池界面稳定。新的电池结构增加了一个富含氟的中间层，可以稳定阴极侧，并用镁和铋对阳极的中间层进行了改性，从而抑制了锂枝晶。

“固态电池是下一代电池，因为它们可以实现高能量与安全性。在目前的电池中，如果你想要获得高能量，你就只能牺牲安全性。”Wang表示。

在产品进入市场之前，研究人员还有其他挑战需要解决。为了实现全固态电池的商业化，专家们必须缩小固体电解质层的尺寸，以达到与锂电池电解质相似的厚度，这将提高能量密度，或者说电池储存电量的能力。该团队表示，基础材料的高成本将是另一大挑战。

为了在2026年之前将新型电池推向市场，先进电池制造商Solid Power计划开始对这项新技术进行试验，以评估其商业化潜力。研究人员表示，持续的研究旨在进一步提高能量密度。