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(guó)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(zhǎng)。

鋰電池主要由電極、電解質(zhì)與隔離模塊成，鋰離子首先會(huì)從正極出發(fā)，經(jīng)過(guò)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(huì)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(shí)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(lái)回穿梭，對(duì)鋰離子電池性能來(lái)說(shuō)，SEI可說(shuō)是關(guān)鍵要點(diǎn)，若SEI性能不佳，電池會(huì)存有許多問(wèn)題。

一旦SEI開(kāi)始衰退，成堆問(wèn)題便接踵而來(lái)，像是在多次充放電之后，鋰電極就容易沉積不均勻并長(zhǎng)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(duì)此，賓夕法尼亞州立大學(xué)團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)壽防爆鋰電池。

團(tuán)隊(duì)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(huì)在鋰金屬表面形成鉤狀鍵，還會(huì)以被動(dòng)方式提供能量，這樣一來(lái)材料就不會(huì)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(jī)械與化學(xué)工程教授DonghaiWang指出，透過(guò)全新的SEI膜，團(tuán)隊(duì)將有望讓鋰電池的能量密度翻倍成長(zhǎng)，與此同時(shí)大幅提升其壽命與安全性。

先前阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與丹麥哥本哈根大學(xué)、德國(guó)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(kāi)常見(jiàn)化學(xué)物質(zhì)氟化鋰的運(yùn)作機(jī)制，該研究指出，電池在充電過(guò)程中會(huì)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(duì)還是阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)，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(dú)立成分規(guī)則，就可進(jìn)一步提升電池效率，而未來(lái)這些科學(xué)家是否能成功以新型SEI薄膜為鋰電池帶來(lái)新氣象，還需要持續(xù)的研發(fā)與實(shí)驗(yàn)。