導語：與鋰離子相比，鋰金屬電池更輕、能量密度更高，或許會成為下一代電池。

據(jù)外媒報道，美國斯坦福大學（StanfordUniversity）的科學家發(fā)明了一種新型鋰基電解液，可能為下一代純電動汽車的發(fā)展鋪平道路。斯坦福大學的研究人員們展示了，其新型電解液設計可以提升鋰金屬電池的性能，而鋰金屬電池是一種很有前景的技術，能夠為電動汽車、筆記本電腦和其他設備供應動力。

該研究的合著者YiCui表示：“大多數(shù)電動汽車所用的鋰離子電池的能量密度正迅速接近理論極限，因此我們的研究集中在鋰金屬電池，此種電池比鋰離子電池更輕，單位重量和體積供應的能量更多?！?/p>

廣泛用于智能手機、電動汽車等各種產(chǎn)品中的鋰離子電池有兩個電極，一個含有鋰的陰極以及一個通常由石墨制成的陽極。當電池被使用以及在充電時，電解質溶液就會讓鋰離子在陽極和陰極之間來回穿梭。

與如今傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，鋰金屬電池每千克可多容納一倍的電力，只需用鋰金屬取代石墨陽極，就可以存儲更多的能量。

該研究另一名合著者ZhenanBao表示：“關于電動汽車而言，鋰金屬電池非常有發(fā)展前景，但是其重量和體積是一個大問題。在運行過程中，鋰金屬陽極會與液體電解質發(fā)生反應，導致陽極表面會有稱作樹突的鋰微結構生長，從而導致電池起火以及失效?！?/p>

研究人員們花費了數(shù)十年的時間，以解決鋰金屬電池的樹突問題。

該研究的合著者、化學系研究生ZhiaoYu表示：“電解液一直是鋰金屬電池的阿喀琉斯之踵，我們在研究中采用了有機化學，以合理的方式為此類電池設計和打造穩(wěn)定的新型電池電解液?！?/p>

在該項研究中，研究人員們探討了是否可以用一種普通的、已實現(xiàn)商用的液體電解質來解決穩(wěn)定性的問題。

Yu表示：“我們假設，在電解液分子中加入氟原子會讓電解液更穩(wěn)定。氟是鋰離子電池電解液中廣泛使用的元素，我們利用其能夠吸引電子的能力，打造了一種新分子，讓鋰金屬陽極能夠在電解液中發(fā)揮良好的用途。”結果制成了一種新型合成化合物，縮寫為FDMB，而且可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

Bao表示：“電解液設計變得越來越奇特，有些雖然效果不錯，但是制造成本很高。而FDMB分子卻可以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，而且非常便宜?！?/p>

斯坦福大學團隊在鋰金屬電池中測試了此種新型電解液，結果非常好。經(jīng)過420次充放電循環(huán)，實驗電池仍保有90%的初始電量。在實驗室中，普通的鋰金屬電池在大約30次充放電循環(huán)后就會停止工作。

研究人員們還測量了，在充放電過程中，鋰離子在陽極和陰極之間轉移的效率，該特性稱為“庫倫效率（coulombicefficiency）。”

Cui表示：“假如給1000個鋰離子充電，放電之后，可以回收到多少了鋰離子呢？理想情況下，庫倫效率達到100%，就可以回收到1000個。假如要想能夠商用，電池的庫倫效率要達到99.9%。而在我們的研究中，一半電池芯的庫倫效率達到了99.52%，所有電池芯的庫倫效率達到了99.98%，表現(xiàn)令人難以置信?！?/p>

為了可能會用于消費類電子產(chǎn)品的鋰金屬電池，斯坦福大學研究小組還測試了FDMB電解液在無陽極鋰金屬軟包電池中的應用，此種電池已經(jīng)實現(xiàn)商用，陰極會向陽極供應鋰。

該研究合著者兼材料科學與工程系研究生HansenWang表示：“我們的想法是只用陰極一側的鋰，以減輕電池重量。該款無陽極電池在容量下降至80%之前，可以充放電循環(huán)100次，雖然無法媲美同等容量的鋰離子電池（可以充放電循環(huán)500至1000次），但仍是性能最好的無陽極電池之一。研究結果顯示，該款電池可廣泛用于各種設備，輕型、無陽極電池將成為無人機和許多消費電子產(chǎn)品一個吸引客戶的特性。”

美國能源部正在資助一個名為Battery500的大型研究團體，以實現(xiàn)鋰金屬電池，從而讓汽車制造商能夠打造更輕、續(xù)航里程更長的電動汽車。該研究的部分資助也來自該團體，而該團體包括斯坦福大學和SLAC國家加速器實驗室。

通過改進陽極、電解質和其他電池組件，Battery500的目標是將鋰金屬電池的電量提高近2倍，從2016年的180瓦時/千克提升至500瓦時/千克。更高的能量-重量比，或者更高的“比能”才是解決電動汽車買家續(xù)航里程焦慮的關鍵。

Cui表示：“我們在實驗室打造的無陽極電池的比能達到了325瓦時/千克，相當可觀。我們的下一步是與Battery500的其他研究人員合作，打造接近該團隊目標的500瓦時/千克的電池。”

除了具有更長的循環(huán)壽命和更好的穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)電解液相比，F(xiàn)DMB電解液也更不易燃。