通过生长均匀的锂晶体工程师们朝着快速充电锂金属电池的方向发展

在一项新的自然能源研究中，工程师们报告了锂金属电池的进展，这些电池的充电速度快到一个小时。这种快速充电得益于锂金属晶体，可以在令人惊讶的表面上快速均匀地播种和生长。诀窍是使用锂官方不“喜欢”的晶体生长表面。从这些晶种中生长出致密的均匀锂金属层。电池研究人员对均匀的锂金属层非常感兴趣，因为它们缺乏称为树突的电池性能下降尖峰。这些枝晶在电池阳极中的形成是快速充电超能量密度锂金属电池的长期障碍。

这种由加州大学圣地亚哥分校工程师领导的新方法可以在大约一个小时内为锂金属电池充电，这一速度与当今的锂离子电池相比具有竞争力。加州大学圣地亚哥分校的工程师与加州大学欧文分校的成像研究人员合作，于9年2023月<>日在《自然能源》上发表了这项旨在开发快速充电锂金属电池的进展。

为了生长锂金属晶体，研究人员用氟化锂(LiF)和铁(Fe)制成的疏锂纳米复合材料表面取代了锂金属电池负极(阳极)上无处不在的铜表面。利用这种疏锂表面进行锂沉积，形成锂晶种，并且从这些晶种中生长出致密的锂层——即使在高充电速率下也是如此。结果是可以快速充电的长循环寿命锂金属电池。

“特殊的纳米复合材料表面是发现，”加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授PingLiu说，他是新论文的资深作者。“我们挑战了生长锂晶体需要什么样的表面的传统观念。普遍的看法是，锂在它喜欢的表面上生长得更好，这些表面是亲锂的。在这项工作中，我们表明这并不总是正确的。我们使用的基板不喜欢锂。然而，它提供了丰富的成核位点以及快速的表面锂运动。这两个因素导致了这些美丽晶体的生长。这是科学洞察力解决技术问题的一个很好的例子。

由加州大学圣地亚哥分校纳米工程师领导的新进展可能会消除阻碍在电动汽车(EV)和便携式电子产品等应用中广泛使用能量密集型锂金属电池的重大障碍。虽然锂金属电池因其高充电密度而在电动汽车和便携式电子产品中具有巨大的潜力，但今天的锂金属电池必须极慢地充电，以保持电池性能并避免安全问题。

缓慢充电对于最大限度地减少破坏电池性能的锂枝晶的形成是必要的，这些枝晶是锂离子与电子结合在电池阳极侧形成锂晶体时形成的。锂晶体在电池充电时积聚，锂晶体在电池放电时溶解。

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