新的电池技术可能带来更安全、高能量的电动汽车

马里兰大学（University of Maryland）的研究人员研究了锂电池如何失效，他们开发了一种新技术，可以使下一代电动汽车（EV）和其他设备在增加储能的同时降低电池起火的几率。

周三发表在《 自然》杂志上的一篇论文中提出了这种创新方法，它抑制了锂枝晶的生长 – 破坏了在所谓的全固态锂电池内部形成的分支状结构，阻止了公司将这项有前途的技术广泛商业化。但是，由化学与生物分子工程系教授王春生领导的这种电池“夹层”新设计阻止了枝晶的形成，并可能为生产可行的电动汽车全固态电池打开大门。

美国至少有 750,000 辆注册电动汽车使用锂离子电池——因其高能量存储而广受欢迎，但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，电动汽车电池火灾似乎相对较少，但它们构成了特殊的风险;美国国家运输安全委员会报告说，急救人员容易受到安全风险的影响，包括触电和暴露于损坏或燃烧的电池散发的有毒气体。

Wang说，全固态电池可以使汽车比目前的电动或内燃机车型更安全，但制定一种绕过这些缺点的策略是费力的。当这些电池以电动汽车所需的高容量和充放电速率运行时，锂枝晶会向阴极侧生长，导致短路和容量衰减。

2021年，他和博士后助理万洪丽开始研究锂枝晶生长的形成理论;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（来自电路的电子进入电池）以及电解质和阴极（能量从电池流出的地方）之间的电池界面稳定。新的电池结构增加了一个富氟中间层，可以稳定阴极侧，并用镁和铋对阳极的中间膜进行改性，从而抑制锂枝晶。

“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，如果你达到高能量，你就会牺牲安全性，“王说。

在产品进入市场之前，研究人员还有其他挑战需要解决。为了将全固态电池商业化，专家们将不得不缩小固体电解质层，以达到与锂离子电池电解质相似的厚度，这将提高能量密度，或者说电池可以存储多少电量。该团队表示，基础材料的高成本是另一个挑战。

为了在2026年之前将新电池推向市场，先进电池制造商Solid Power计划开始试验新技术，以评估其商业化潜力。研究人员说，持续的研究旨在进一步提高能量密度。