韩国联合研究团队发明无阳极电池 可使电动汽车的续航里程翻倍

盖世汽车讯 电动汽车能否一次充电就从首尔往返釜山？驾驶员能否在冬季也无需担心电池性能？据外媒报道，韩国联合研究团队在解答这些问题上迈出了重要一步，开发出一种无阳极锂金属电池，在电池体积不变的情况下，续航里程几乎翻了一番。

图片来源： POSTECH

电池能量密度突破

浦项科技大学（POSTECH）化学系Soojin Park教授和Dong-Yeob Han博士领导的联合研究团队，携手韩国科学技术研究院（KAIST）Nam-Soon Choi教授和Saehun Kim博士，以及庆尚国立大学（Gyeongsang National University）Tae Kyung Lee教授和Tae Kyung Lee研究员研制出的这种无阳极锂金属电池，其体积能量密度高达1270 Wh/L。这一数值几乎是目前电动汽车所用锂离子电池（通常约为650 Wh/L）的两倍。该研究成果发表于期刊《Advanced Materials》。

无阳极锂金属电池完全摒弃了传统的阳极。在充电过程中，储存在阴极中的锂离子会移动并直接沉积到铜集流体上。通过去除不必要的组件，电池内部可以腾出更多空间用于能量存储，就像在相同容量的油箱中装入更多燃料一样。

克服技术挑战和安全风险

然而，这种设计也面临着严峻的挑战。如果锂沉积不均匀，就会形成被称为枝晶的尖锐针状结构，从而增加短路风险和潜在的安全隐患。反复充放电也会损伤锂表面，迅速缩短电池寿命。

为了解决这些问题，研究团队采用了一种结合可逆主体（RH）和设计电解质（DEL）的双重策略。可逆主体由嵌入均匀分布的银（Ag）纳米颗粒的聚合物框架构成，引导锂沉积在指定位置，而不是随机沉积。简单来说，它就像一个专门的锂停车场，确保锂有序均匀地沉积。

这种设计的电解液通过在锂表面形成一层薄而坚固的由Li₂O和Li₃N组成的保护层，进一步增强了稳定性。该保护层如同皮肤上的绷带，既能防止有害枝晶的生长，又能保持锂离子传输通道的畅通。

性能结果及商业潜力

RH-DEL系统组合后展现出卓越的性能。在高面容量（4.6 mAh cm⁻²）和高电流密度（2.3 mA cm⁻²）下，电池在100次循环后仍保持81.9%的初始容量，平均库仑效率高达99.6%。这些成果使团队在无阳极锂金属电池中实现了1270 Wh/L的体积能量密度，创下历史新高。

更重要的是，这一性能不仅在小型实验室电池中得到验证，也在更接近实际电动汽车应用的软包电池中得到验证。即使在极少量电解液（E/C = 2.5 g Ah⁻¹）和低堆叠压力（20 kPa）下，电池也能稳定运行。这表明该系统在降低电池重量和体积、减轻制造负担方面具有巨大潜力，从而显著提升其商业可行性。

Park教授评论道：“这项研究通过同时解决无阳极锂金属电池的效率和寿命问题，取得了意义重大的突破。”

Lee教授补充道：“我们的研究表明，基于市售溶剂的电解液设计可以同时实现高锂离子迁移率和界面稳定性。”