許多科學(xué)家都正絞盡腦汁，希望讓鋰離子電池性能與壽命更上一層樓，近日美國賓夕法尼亞州立大學(xué)則推出全新的電池結(jié)構(gòu)，將有望讓鋰電池性能與壽命翻倍成長。

鋰電池主要由電極、電解質(zhì)與隔離模塊成，鋰離子首先會從正極出發(fā)，經(jīng)過電解質(zhì)最后抵達(dá)陰極，而在電池首次充放電池，電極與液態(tài)電解質(zhì)之間會形成固態(tài)電解質(zhì)特性的鈍化層，其名為固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)。

SEI擁有雙重身分，為電子絕緣體同時也是鋰離子的優(yōu)良導(dǎo)體，而該薄膜可保護(hù)電池、避免發(fā)生有害反應(yīng)，并讓鋰離子在電極跟電解質(zhì)之間來回穿梭，對鋰離子電池性能來說，SEI可說是關(guān)鍵要點，若SEI性能不佳，電池會存有許多問題。

一旦SEI開始衰退，成堆問題便接踵而來，像是在多次充放電之后，鋰電極就容易沉積不均勻并長出枝晶，進(jìn)而造成電池容量損失、充放電效率降低或是刺穿絕緣層，最終導(dǎo)致電池起火。

對此，賓夕法尼亞州立大學(xué)團(tuán)隊決定用聚合物復(fù)合材料打造新型SEI，他們結(jié)合聚合鋰鹽、氟化鋰納米粒子和氧化石墨烯片，希望可打造性能超群的長壽防爆鋰電池。

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團(tuán)隊指出，若要提升鋰界面穩(wěn)定性，需要非常精細(xì)、達(dá)到分子水平的技術(shù)，而新型聚合物復(fù)合材料除了會在鋰金屬表面形成鉤狀鍵，還會以被動方式提供能量，這樣一來材料就不會跟電解質(zhì)分子起反應(yīng)，再加上納米片也具有隔離作用，使鋰電極難以形成晶枝。

賓夕法尼亞州立大學(xué)機械與化學(xué)工程教授DonghaiWang指出，透過全新的SEI膜，團(tuán)隊將有望讓鋰電池的能量密度翻倍成長，與此同時大幅提升其壽命與安全性。

先前阿貢國家實驗室與丹麥哥本哈根大學(xué)、德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)和BMW集團(tuán)也一同著手研究SEI，并成功解開常見化學(xué)物質(zhì)氟化鋰的運作機制，該研究指出，電池在充電過程中會產(chǎn)生氟化氫電化學(xué)反應(yīng)，從電解質(zhì)轉(zhuǎn)變成固態(tài)氟化鋰并生成氫氣，而這類反應(yīng)皆高度依賴石墨、石墨烯和金屬等電極材料，顯然電池催化劑的重要性相當(dāng)高。

而不管是賓夕法尼亞州立大學(xué)團(tuán)隊還是阿貢國家實驗室團(tuán)隊，這些科學(xué)家皆認(rèn)為，假如可深入了解SEI薄膜的化學(xué)性質(zhì)與獨立成分規(guī)則，就可進(jìn)一步提升電池效率，而未來這些科學(xué)家是否能成功以新型SEI薄膜為鋰電池帶來新氣象，還需要持續(xù)的研發(fā)與實驗。