马里兰大学的科学家们开创了一项技术，通过抑制枝晶生长，使锂电池更安全、更高效地用于电动汽车。虽然前景光明，但在设计和成本方面仍存在挑战，可能在2026年之前进行商业推广。

马里兰大学的研究人员专注于锂电池的失效机制，他们开创了一项技术，可能会导致更安全、更节能的电动汽车(ev)。这一进步可以降低电池起火的风险，这是现有电池技术的一个关键问题。

抑制树突生长

周三发表在《自然》(Nature)杂志上的一篇论文提出了这种创新方法，它抑制了锂枝晶的生长，破坏了所谓的全固态锂电池内部形成的枝状结构，阻碍了这项有前途的技术的广泛商业化。但是，由化学与生物分子工程系教授王春生领导的这种新设计的电池“中间层”，可以阻止树突的形成，并可能为电动汽车的全固态电池的生产打开大门。

当前的电池挑战

在美国，至少有75万辆注册的电动汽车使用锂离子电池，锂离子电池因其高能量储存而广受欢迎，但它含有易燃的液体电解质成分，过热时会燃烧。虽然没有政府机构按汽车类型跟踪车辆火灾，而且电动汽车电池火灾似乎相对罕见，但它们具有特殊的风险;美国国家运输安全委员会报告称，急救人员容易受到安全风险的影响，包括触电和接触损坏或燃烧的电池产生的有毒气体。

全固态电池的进展

王说，全固态电池可能会使汽车比目前的电动或内燃车型更安全，但创造一种绕过这些缺点的策略是很困难的。当这些电池以电动汽车所需的高容量和高充放电速率运行时，锂枝晶向阴极一侧生长，导致短路和容量衰减。

2021年，他和博士后万宏利开始发展锂枝晶生长形成的理论;研究人员说，这仍然是一个科学争论的问题。

“在我们弄清楚这部分之后，我们提出了重新设计中间层的想法，这将有效地抑制锂枝晶的生长，”他说。

他们的解决方案是独一无二的，因为固体电解质和阳极(电路中的电子进入电池的地方)以及电解质和阴极(能量流出电池的地方)之间的电池界面是稳定的。新的电池结构增加了一个富含氟的中间层，稳定了阴极一侧，以及用镁和铋修饰阳极中间层，抑制了锂枝晶。

“固态电池是下一代电池，因为它们可以实现高能量和安全性。在目前的电池中，如果你想获得高能量，你就得牺牲安全。”

商业化之路

在产品进入市场之前，研究人员还有其他挑战需要解决。为了使全固态电池商业化，专家们必须缩小固体电解质层的厚度，使其达到与锂离子电池电解质相似的厚度，这将提高能量密度，也就是电池可以储存的电量。该团队表示，基础材料的高成本是另一个挑战。

先进电池制造商Solid Power计划在2026年之前将新电池推向市场，并开始对新技术进行试验，以评估其商业化潜力。研究人员说，正在进行的研究旨在进一步提高能量密度。

参考文献:“全固态锂电池的界面设计”，作者:万宏利，王泽义，张伟然，何鑫子，王春生，2023年10月25日，Nature。DOI: 10.1038 / s41586 - 023 - 06653 - w