一个由材料科学家和化学家组成的团队已经确定了锂金属电池(lmb)在电池运行过程中需要承受的适当的堆叠压力，以产生最佳的性能。
这个研究小组包括来自加州大学圣迭戈分校、密歇根州立大学、爱达荷国家实验室和通用汽车研发中心的研究人员，他们的研究结果发表在10月18日的《自然能源》杂志上。
用金属锂取代石墨作为电池的阳极是部分电池研发领域的最终目标;这些锂金属电池(LMBs)有潜力将当今最好的锂离子技术的容量提高一倍。例如，在电池重量相同的情况下，锂金属电池驱动的电动汽车的续航里程将是锂离子电池驱动汽车的两倍。
尽管与锂离子电池相比，LMBs具有优势，但由于其寿命短和潜在的安全隐患，尤其是锂枝晶生长引起的短路，因此被认为是电动汽车或电子产品的可行选择。研究人员和技术人员已经注意到，在电池循环过程中，让lmb承受压力可以提高性能和稳定性，帮助解决这一寿命挑战。但这背后的原因尚不完全清楚。
“我们不仅回答了这个科学问题，而且还确定了所需的最佳压力，”加州大学圣地亚哥分校纳米工程系教授、论文的高级作者Shirley孟说。“我们还提出了新的测试协议，以实现最大的LMB性能。”
在《自然能源》的研究中，研究人员使用了几种表征和成像技术来研究LMB的形态，并量化了电池在不同压力下的性能。
他们发现，较高的压力水平迫使锂粒子沉积在整齐的柱中，中间没有任何多孔空间。达到这个结果所需的压力是350公斤帕斯卡(约3.5个大气压)。相比之下，处于较低压力水平的电池是多孔的，锂粒子会无序地沉积，为树枝状晶的生长留下空间。
研究人员还表明，该工艺不会影响电池电解质的固体电解质间相(SEI)结构。
但为了应用这种新技术，lmb的制造设施将不得不进行重组。
另一种提高性能的方法是在电池循环时不完全放电。相反，研究人员保留了一个锂储层，在那里可以发生再成核。
研究人员的发现在密西根的通用汽车研究与发展中心得到了验证。
另外，爱达荷国家实验室的研究人员利用分子动力学模拟来了解这项工作中使用的堆栈压力范围，这比基于宏观力学模型的预期要小得多。研究人员解释了这一独特过程的机械起源。
“研究机构应该继续与国家实验室和行业合作，解决电池领域的实际问题，”论文的第一作者方程成说。她在孟研究小组获得了博士学位，目前在密歇根州立大学(Michigan State University)任教。
金属锂电池中压力定制的锂沉积和溶解
Fang Chengcheng, Lu Bingyu, Minghao Zhang, Diyi Cheng, Miguel Ceja, Jean-Marie Doux, Y. Shirley孟，加州大学圣地亚哥分校纳米工程系
方成成，密歇根州立大学化学工程与材料科学系
Gorakh Pawar和Boryann Liaw，能源和环境科学与技术，爱达荷国家实验室
陈淑茹，蔡美，通用汽车研发中心
参考:
方c .， Lu B.， Pawar, G.等。压力定制的锂离子沉积和溶解 tal电池。Nat energy, 2021
