「三明治式」電池新設計，10分鐘之內使電動汽車完成充電

哈佛大學的科學家們提出了一種有前景的實驗性電池的新設計，他們說這種設計可以使電動汽車在10分鐘內完成充電。據稱，這種替代結構還能提供比同類電池長得多的壽命，因為它使用了高性能的鋰金屬和固體電解質，在數千次循環中保持穩定。

科學家們希望通過將用於陽極的石墨和銅換成鋰金屬來提高今天的鋰離子電池的性能。陽極與液體電解質和電池的另一個電極–陰極一起工作，在設備充電和放電時來回傳遞離子，而鋰金屬的出色容量和密度使其成為這些用途的有吸引力的材料。

哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院材料科學副教授李昕說：「鋰金屬電池被認為是電池化學的『聖杯』，因為它具有高容量和能量密度。但是這些電池的穩定性一直都很差。」穩定性差的原因是被稱為樹枝狀的微小針狀突起，它們在鋰金屬陽極的表面形成，進入液體電解質並侵蝕電池的性能，常常導致電池短路或起火。

使用固體電解質而不是具有揮發性溶劑的液體電解質，是科學家希望避免這一問題的方法之一。我們已經看到麻省理工學院和澳大利亞迪肯大學的研究小組提出了有希望的潛在解決方案，而現在哈佛大學的科學家們正在將一種類似於BLT三明治的組合投入到設計中。

該團隊試圖通過構建不同的層來保護其固態鋰金屬電池不受樹枝狀物的破壞，每個層都有不同程度的穩定性。這些層位於作為「麵包」的兩個電極之間，包括石墨塗層（生菜）、第一電解質層（番茄）、第二電解質層（培根），最後是另一層第一電解質（又是番茄）。

兩種電解質的化學成分略有不同，這使得第一種電解質容易出現樹枝狀滲透，但在鋰的作用下更穩定，第二種電解質在鋰的作用下不太穩定，但對樹枝狀滲透免疫。通過這種方式，電池並沒有阻止樹枝狀晶體的形成，而是能夠安全地控制和遏制它，突起物被三明治的 "培根 "層擋住。

該論文的共同作者Luhan Ye說：「我們為了穩定電池而納入不穩定性的策略感覺是反直覺的，但就像一個錨可以引導和控制進入牆壁的螺絲一樣，我們的多層設計也可以引導和控制樹突的生長。」

此外，電池能夠通過回填樹枝狀物產生的縫隙來進行自我修復。在測試中，該團隊發現該電池在10000次循環後保留了82%的容量，並展示了有朝一日可以讓電動汽車在10至20分鐘內充電的電流密度。

李昕說：「這種概念驗證設計表明，鋰金屬固態電池可以與商用鋰離子電池競爭。而且我們的多層設計的靈活性和多功能性使它有可能與電池行業的大規模生產程序兼容。將其擴大到商業電池並不容易，仍有一些實際的挑戰，但我們相信它們將被克服。」