新固態鋰金屬電池 3 分鐘充滿電、可循環超過萬次

美國哈佛大學科學家為電動車開發了一種新型固態鋰金屬電池，該電池有望實現 3 分鐘內完全充電，並且可持續使用 20 年。相關論文發表在最近的《自然》雜誌上。

目前，初創公司Adden Energy宣布已獲得哈佛大學技術發展辦公室授予的獨家技術許可，用於推進該技術的商業化，其目標是將電池縮小為手掌大小的「軟包電池」，其組件封裝在鋁塗層薄膜中。

這款電池使用的是純金屬形式的鋰，而不是目前市場上電動汽車電池所用的鋰離子。同時，「固態」是指使用固體電極和固體電解質，而不是鋰離子電池中的液體或聚合物凝膠電解質。

在實驗室中，該團隊的電池原型實現了充電速度快至3分鐘、並且在生命週期內可循環超過1萬次。研究人員表示，目前，即使是同類中最好的電池也只有2,000-3,000次充電循環，這項技術可能會「改變遊戲規則」。

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這款新電池新穎且複雜的設計靈感來自於英式經典三明治。與傳統的鋰離子電池相比，鋰金屬電池在相同體積下儲存的能量要多得多，而充電時間卻比傳統鋰離子電池少得多。但它們很容易形成「樹突」──一種微小的、剛性的樹狀結構。樹突會在電池中生長，其針狀突起的部分稱為枝晶。這些結構像根一樣長入電解質並刺穿分隔陽極和陰極的屏障，可能導致電池著火。

類似三明治的多層結構可防止枝晶結構生成。如果將電池想像成三明治，首先一層是麵包（鋰金屬陽極），然後是生菜（石墨塗層），接下來是一層番茄（第一種電解質）和一層培根（第二種電解質），最後是另一層番茄和最後一塊麵包（陰極）。在這種設計中，樹突在「生菜」和「番茄」中生長，但在「培根」處停止。「培根」屏障阻止枝晶穿過使電池短路，進而防止故障產生。