目前常用的大多数电池都含有易燃液体电解质。电池的下一个发展方向是ASSLMB,它用不易燃的固体材料取代易燃液体,在电极之间传输电荷。虽然它们的安全性显著提高,但存在一个关键缺陷,阻碍了它们的可靠性和持久性。反复充放电会导致固体锂金属阳极和固体电解质之间形成间隙,这意味着电池会迅速损坏并停止工作。

图片来源:期刊 《Nature Sustainability》

据外媒报道,中国科学院(Chinese Academy of Sciences)科学家们找到了一种新方法,即一种名为DAI(Dynamically Adaptive Interphase,动态自适应界面层)的自修复层,可以保持电池的连接,以提高全固态锂金属电池(ASSLMB)的安全性和性能。ASSLMB是下一代能源技术,将为从电动汽车到可再生能源电网等各种设备提供动力。

正如该团队在《Nature Sustainability》期刊上发表的一篇论文中所描述的,DAI在电池工作时将可移动的碘离子引入固体电解质中,这些碘离子会移动填充任何出现的间隙。这种动态层充当了持续的密封层,保持各层连接,确保电池正常工作。它减少了目前复杂且不切实际的解决方法——用高外部压力挤压电池层。

电池的实验室测试结果令人瞩目。即使经过2400次充放电循环,完整的电池单元仍能保持90%以上的能量容量。为了展示该技术的实际应用潜力,该团队还组装并测试了一个软包电池(一种常用于现代电子产品和电动汽车的电池)。在没有施加外部压力的情况下,该电池在300次循环后仍保持了74.4%的容量。

电池的未来?

DAI目前尚处于早期发展阶段,但如果规模扩大,将带来颠覆性的变革。研究人员在论文中评论道:“DAI战略代表了固态电池设计的范式转变,加速了高能量、可持续电化学储能系统在现有能源网络中的实际应用。”

科学家们开发的自修复解决方案有望为更安全、更环保、使用寿命更长的电池铺平道路。这项技术还能使电动汽车拥有更长的续航里程,并配备更可靠、更可持续的电网储能设施。在制造方面,无需在电池组内部安装高压系统,这将使大规模生产变得更简单、更经济。