原位電化學(xué)原子力顯微鏡測量過程示意圖。圖片來源：美國化學(xué)學(xué)會旗下《ACS 能源快報》
韓國科學(xué)技術(shù)院研究團(tuán)隊在納米尺度上，清晰觀測到鋰金屬電池內(nèi)部鋰負(fù)極退化的全過程，并鎖定了導(dǎo)致性能下降的根本原因。這一重要進(jìn)展有望加速鋰金屬電池的商業(yè)化步伐。相關(guān)論文發(fā)表于美國化學(xué)會旗下最新一期《ACS能源快報》雜志。
鋰金屬電池是以金屬鋰作為負(fù)極材料的新型電池，其核心優(yōu)勢在于能量密度極高，理論上可達(dá)傳統(tǒng)鋰離子電池的兩倍。然而，反復(fù)充放電循環(huán)后性能快速衰減，始終是其走向市場應(yīng)用的最大瓶頸。尤其當(dāng)鋰以不規(guī)則方式沉積或剝離時，會形成所謂“死鋰”——即與電極失去電連接的那部分鋰，不僅拖累電池性能，更埋下安全隱患。
團(tuán)隊借助原位電化學(xué)原子力顯微鏡，實(shí)時追蹤了鋰沉積與剝離的完整過程，并由此證實(shí)鋰的反應(yīng)并非在電池整個表面均勻鋪展，而是選擇性地在某些特定位置悄然發(fā)生。進(jìn)一步的觀察揭示，在電池表面粗糙多孔的薄弱區(qū)域，剝離過程極易留下細(xì)小空隙，正是這些空隙催生了電隔離的“死鋰”，成為電池性能驟然下滑的“罪魁禍?zhǔn)住薄?/p>
這項(xiàng)研究的價值在于，首次通過實(shí)驗(yàn)明確定位了鋰金屬電池受損的地點(diǎn)與方式。更重要的是，它證明了鋰在最初始階段形成的“初始形貌”，是決定電池長期壽命的一個關(guān)鍵變量。基于這一發(fā)現(xiàn)，如果未來能對鋰沉積時的表面進(jìn)行均勻且精準(zhǔn)的調(diào)控，電池壽命與穩(wěn)定性都有望獲得極大提升。這指明了一條可同時兼顧電動汽車?yán)m(xù)航提升與長壽命電池發(fā)展的設(shè)計路徑。
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