美国研究人员开发电解质添加剂 可提高锂金属电池的充电率

盖世汽车讯 据外媒报道，为了制造更好的电动汽车电池，美国能源部（DOE）布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的化学家使用电解质添加剂来改善高能量密度锂金属电池的功能。通过在分隔电池阳极和阴极的电解质中添加一种名为硝酸铯的化合物，该研究团队显著提高了锂金属电池的充电速度，同时保持了较长的循环寿命。

图片来源：《Nature communications》

该团队的最新研究成果已发表在期刊《Nature communications》上，其目标是电池阳极和阴极上形成的保护层——界面膜。该保护层能够防止电池电极退化，是制造像锂离子电池一样可多次充放电的锂金属电池的关键。

布鲁克海文化学部电化学储能小组研究助理、新论文的第一作者Muhammad Mominur Rahman表示：“我们希望提高目前最先进的锂金属电池的充电速度，但我们也希望用更具保护性的界面膜来稳定电池，使其使用寿命更长。”除了成功稳定电池外，Rahman的电解质添加剂还以一种意想不到的方式改变了电池的化学成分。

布鲁克海文化学家、电化学储能小组首席研究员Enyuan Hu说：“Mominur的发现挑战了人们对有效界面膜组成的传统看法。我们很高兴看到这些发现能够为能源部专注于锂金属电池的工作做出贡献。”

迈向更大目标的一步

Enyuan Hu及其团队正在与其他电池专家一起，作为Battery500 Consortium（若干国家实验室和大学合作机构）的一部分开展工作。该联盟由美国能源部西北太平洋国家实验室牵头，致力于制造能量密度为每公斤500W/h的电池（是当今最先进电池能量密度的两倍多）。

当今大多数电池驱动设备所使用的锂离子电池都无法达到这种能量密度，包括手机、电视遥控器甚至是电动汽车。因此，科学家们需要转向锂金属电池来实现他们的目标。与锂离子电池中的石墨阳极不同，这种电池采用锂金属阳极。

Rahman解释道：“锂金属电池很有吸引力，因为它的能量密度是石墨阳极电池的两倍。但目前仍有很多难题需要解决。”布鲁克海文的最新研究解决了其中一个难题——即在充电速度和循环寿命之间取得平衡。

通常能够实现电池快速充电的电解质也可能与锂金属阳极发生反应。如果这些化学反应不受控制地进行，电解质就会分解并缩短电池的循环寿命。为了防止这种情况发生，布鲁克海文的化学家们开始设计界面膜。

先前的研究表明，锂金属阳极可以用铯添加剂稳定。但要在提高充电速度的同时保持电池循环寿命，就需要同时稳定阳极和阴极。布鲁克海文的科学家们相信硝酸铯可以为锂金属电池实现这一目标。正如他们所假设的那样，正极铯离子积聚在电池带负电荷的锂金属阳极一侧，而负级硝酸根离子则积聚在带正电荷的阴极一侧。

为了更好地了解硝酸铯添加剂如何影响电解质成分和电池性能，化学家们将新电池带到了布鲁克海文实验室的国家同步辐射光源II（National Synchrotron Light Source II，NSLS-II）（美国能源部科学办公室用户设施）。