电动悟空摘录 锂金属电池具有较高的储能密度

电动悟空摘录 锂金属电池具有较高的储能密度，被认为是锂离子电池的替代品，有望为电动汽车和太阳能储存技术提供动力。然而，该电池存在着火灾甚至爆炸的风险，尚未得到广泛的开发或应用。据国外媒体报道，加州大学洛杉矶分校（UCLA）纳米系统研究所（California NanoSystems Institute）研究人员获得了一项基本发现，预计将实现更安全的锂金属电池，使其性能优于目前的锂离子电池。

新方法可以在避免腐蚀层形成的同时，将锂金属沉积在表面。如果没有腐蚀，这种金属将呈现一个以前从未见过的形状，即一个小的12边形。（图片来源：加州大学洛杉矶分校）

锂金属容易与化学物质发生反应。通常，如果你把这种金属放在电极和其他表面，它几乎会立即腐蚀。然而，UCLA研究人员已经开发了一种防腐技术。结果表明，锂原子将组装成菱形十二面体（一个有12面的图形，类似于游戏中使用的骰子，如龙和地牢），而无需腐蚀。

Yuzhang是加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院化学与生物分子工程助理教授。 Li说：“过去对锂金属结构的描述大多是定性的，如“块”或“柱”。在这一发现中，研究人员看到的不是这些不规则的形状，而是多面体，以防止表面腐蚀。这符合基于金属晶体结构的理论预测。最后，这项研究将改变对锂金属电池的理解。”

从微观层面看，锂离子电池将带正电的锂原子存储在覆盖电极的笼状碳结构中。与锂离子电池相比，锂金属电池的电极涂有金属锂，可在同一空间内容纳10倍以上的锂。这样不但提高了性能，而且可能会造成更大的风险。电力和电解液(盐溶液)需要用于锂涂层工艺，通常锂会形成微小的分支细丝，并有突出的尖刺。在电池中，如果两个尖刺交叉，可能会导致短路和爆炸。

目前，锂的真实形状（即无腐蚀）的发现表明，锂金属电池的爆炸风险可以降低，因为原子以有序的形式积累，而不是纵横交错。这一发现也可能对高性能技术产生重大影响。Li说：“现在我们知道锂的形状了。问题是我们是否可以调整它，形成立方体并紧密聚集在一起，以提高电池的安全性和性能？”

通过防腐技术，锂原子在表面形成菱形十二面形状（如上图所示），下图显示腐蚀形成条件下的不规则形状。（图片来源：加州大学洛杉矶分校）

目前，人们普遍认为，无论是块状还是柱状结构，溶液中的电解质选项都决定了锂在表面的形状。然而，加州大学洛杉矶分校的研究人员有不同的想法。加州大学洛杉矶分校的博士生Xintong “研究人员想知道锂是否能迅速沉积，以超过腐蚀膜的反应，”Yuan说。这样，就有可能看到锂在没有那层薄膜的情况下是如何生长的。”

研究人员开发了一种新技术，使锂的沉积速度超过腐蚀速度。让电流通过一个更小的电极，以便更快地排出电流，就像一些堵塞花园软管的喷嘴会导致更猛烈的喷水一样。当然，这也需要平衡，因为过度加速也会产生尖刺结构，导致短路。该团队通过调整微电极的形状来解决这个问题。

研究人员使用四种不同的电解质将锂沉积在表面，然后比较标准技术和这种新方法。结果表明，锂在腐蚀过程中形成四种不同的微观形状。然而，在无腐蚀的过程中，锂形成了一个小的十二面体（不超过200万分之二米，或大约是单个细菌的平均长度）。

研究人员通过低温电子显微镜通过低温电子显微镜（cryo-EM）成像技术观察锂的形状。该技术通过冷冻样品发射电子，以显示原子层面的细节，防止样品损坏。成像中心负责人马特 “研究人员正在以新的方式研究对电子束敏感的电池材料，”Mecklenburg说

研究人员认为，新锂沉积技术需要进一步优化。