斯坦福大学新发现：锂金属电池耗尽并休息可以提高性能

盖世汽车讯 下一代电动汽车可以使用锂金属电池，一次充电可行驶500至700英里，是当今电动汽车中传统锂离子电池续航里程的两倍。但锂金属技术存在严重缺陷：在相对较少的充放电周期后，电池会迅速失去储存能量的能力，这对于希望充电电动汽车能够运行多年的驾驶员来说非常不切实际。

科学家们一直在测试各种新材料和技术，以提高电池的循环寿命。据外媒报道，近日，斯坦福大学（Stanford University）的研究人员发现了一种低成本的解决方案：只需耗尽电池并让它休息几个小时，即可恢复电池容量并提高整体性能。相关研究院发表于期刊《Nature》。

图片来源：斯坦福大学

“我们一直在寻找最简单、最便宜且最快的方法来提高锂金属的循环寿命，”该研究的共同主要作者、斯坦福大学材料科学与工程专业博士生Wenbo Zhang说道。“我们发现，通过将电池置于放电状态，可以恢复损失的容量并延长循环寿命。这些改进只需对电池管理软件进行重新编程即可实现，无需额外成本或对设备、材料或生产流程进行任何更改。”

斯坦福杜尔可持续发展学院能源与工程教授、工程学院材料科学与工程系Fortinet Founders教授以及资深作者Yi Cui表示，这项研究的结果可以为电动汽车制造商提供有关如何使锂金属技术适应实际驾驶条件的实用见解。

Cui表示：“锂金属电池一直是大量研究的主题。我们的研究结果可以帮助指导未来的研究，从而有助于推动锂金属电池走向广泛的商业应用。”

锂金属与锂离子技术

传统的锂离子电池由两个电极组成——石墨阳极和锂金属氧化物阴极——并由液体或固体电解质隔开，电解质来回传输锂离子。

图片来源：斯坦福大学

在锂金属电池中，石墨阳极被电镀锂金属取代，这使其能够在相同的空间内存储两倍于锂离子电池的能量。锂金属阳极的重量也比石墨阳极轻，这对电动汽车很重要。每磅锂金属电池的能量至少比锂离子多三分之一。

化学系博士生以及该论文的共同作者Philaphon Sayavong表示：“配备锂金属电池汽车（每次充电可行驶600英里）的续航里程是同等尺寸锂离子汽车（每次充电可行驶300英里）的两倍。电动汽车目标是使电池尽可能轻，同时延长车辆续航里程。”

将续航里程加倍可以消除不愿购买电动汽车的驾驶员的里程焦虑。不幸的是，连续充放电会导致锂金属电池快速降解，使其无法用于日常驾驶。当电池放电时，微米大小的锂金属碎片会被隔离并被困在固体电解质界面（SEI）中，这是一种在阳极和电解质相遇处形成的海绵状基质。

图片来源：斯坦福大学

“SEI基质本质上是分解的电解质，”Zhang解释道。“它包围着从阳极剥离的孤立的锂金属碎片，并防止它们参与任何电化学反应。因此，我们认为孤立的锂已经死亡。”

反复充放电会导致额外的死锂积聚，导致电池迅速失去容量。Zhang表示：“配备最先进锂金属电池的电动汽车失去行驶里程的速度比采用锂离子电池的电动汽车快得多。”