據(jù)外媒報道，為了讓電動飛機(jī)真正起飛，為了讓電動汽車在充電后能行駛更長的距離，我們需要的電池可以儲存更多的能量且不會變得過于沉重。德國的一個團(tuán)隊已經(jīng)展示了一種新的鋰金屬電池，其密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了重要的500 wh /kg的基準(zhǔn)并且能在數(shù)百次循環(huán)中保持性能。

從電動汽車到智能手機(jī)再到筆記本電腦，如今的鋰離子電池在維持現(xiàn)代世界運(yùn)轉(zhuǎn)方面做得非常出色，但科學(xué)家們認(rèn)為，通過對其結(jié)構(gòu)的微調(diào)還可以釋放出很多潛力。更有希望的可能性之一是用純鋰金屬替換電池電極中的石墨，這種材料可以容納10倍的能量。

因此，金屬鋰被一些電池研究人員譽(yù)為“夢想材料”，很可能幫助我們突破能量存儲的關(guān)鍵瓶頸，但穩(wěn)定性問題迄今一直困擾著這項技術(shù)。這在很大程度上跟攜帶鋰離子的電解質(zhì)溶液和電池的兩個電極之間的不良反應(yīng)有關(guān)。

在眾多致力于解決這一問題的研究團(tuán)隊中，有一個來自卡爾斯魯厄理工學(xué)院和烏爾姆亥姆霍茲學(xué)院的團(tuán)隊，他們提出的設(shè)計在很大程度上回避了這一問題。研究人員從一種被稱為貧鈷富鎳層狀陰極(NCM88)和一種商業(yè)可用的有機(jī)電解質(zhì)LP30開始。當(dāng)陰極達(dá)到高能量密度時，不穩(wěn)定性很快就出現(xiàn)了，并且隨著電池的循環(huán)，存儲容量下降。

“在電解液LP30中，粒子會在陰極上裂開，”HIU主任Stefano Passerini教授說道，“在這些裂縫中，電解液會發(fā)生反應(yīng)、破壞結(jié)構(gòu)。此外，陽極上還會形成一層厚厚的苔蘚狀鋰層。”

因此，該團(tuán)隊將LP30電解質(zhì)換成了另一種電解質(zhì)，這種電解質(zhì)極大地提高了性能。被描述為一種不揮發(fā)、極易燃的雙陰離子離子液體電解質(zhì)(ILE)，這種成分被證明在很大程度上避免了陰極上的結(jié)構(gòu)缺陷并能讓電池免于致命的電化學(xué)反應(yīng)。

Guk-Tae Kim博士指出：“在ILE的幫助下，富鎳陰極上的結(jié)構(gòu)修飾可以被顯著減少。”

據(jù)了解，這種結(jié)構(gòu)的鋰金屬電池的能量密度為560 Wh/kg。為了給下一代電動汽車提供動力，一些研究聯(lián)盟致力于突破500 Wh/kg的能量密度門檻，而目前最好的鋰離子電池的能量密度為250至300 Wh/kg。

今年早些時候，曾經(jīng)有一款鋰金屬電池創(chuàng)造了紀(jì)錄，其能量密度為350 Wh/kg，在600次循環(huán)后仍能保持76%的容量。在壽命方面，新鋰金屬電池設(shè)計也表現(xiàn)得非常出色，其在陰極材料中初始存儲容量有214 mAh/g，在1000次循環(huán)中保持88%的容量。

新型鋰金屬電池被證明非常有能力的另一個領(lǐng)域是它的庫侖效率，這涉及鋰離子在陽極和陰極之間轉(zhuǎn)移的效率。為100個鋰離子充電，放電后再回收100個鋰離子，其庫侖效率將達(dá)到100%，而商用電池至少需要99.9%的效率才可行。這種新型鋰金屬電池的發(fā)明者稱其平均庫侖效率可以達(dá)到99.94%。

要將這些在實驗室規(guī)模的電池上有希望的結(jié)果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實世界顯然還有很多工作要做，但一種提供如此高能量密度的穩(wěn)定電池可能會改變電力運(yùn)輸?shù)挠螒蛞?guī)則。比如電動飛機(jī)受到當(dāng)今電池能量密度的嚴(yán)重限制，因此只能飛行相對較短的距離。電動汽車的續(xù)航里程有限可以通過擴(kuò)大充電基礎(chǔ)設(shè)施來解決，但這種電池的高能量重量比可以讓它們行駛很遠(yuǎn)的距離并在很大程度上緩解潛在買家的續(xù)航里程焦慮。