蓋世汽車訊 哪怕手機關(guān)機了，電池最后也會沒電的。在遠距離電動汽車使用的鋰金屬池中，也存在同樣的問題。據(jù)外媒報道，斯坦福大學(xué)(Stanford University)和美國能源部SLAC國家加速器實驗室(SLAC National Accelerator Laboratory)的科學(xué)家們，首次從原子層面觀察這種被稱為“存儲老化”（calendar aging）的過程如何攻擊鋰金屬負極。研究人員發(fā)現(xiàn)，在電池老化過程中，在兩個電極之間攜帶電荷的電解液具有很大的影響力。

（圖片來源：SLAC）

研究顯示，經(jīng)過短短24小時，存儲老化就可以消耗鋰金屬電池2-3%的電量。而在鋰離子電池中，這需要三年的時間。盡管這種電荷損失的現(xiàn)象會逐漸減緩，但累加起來可能使電池壽命縮短25%。SLAC和斯坦福大學(xué)教授 Yi Cui表示：“我們的研究表明，電解液對存儲電池的穩(wěn)定性影響很大?！?/p>

與鋰離子電池一樣，鋰金屬電池通過鋰離子在電極之間來回運送電荷。然而，鋰離子電池的負極用石墨制成，而鋰金屬電池的負極是由鋰金屬制成。相比之下，鋰金屬電池要輕得多，而且在既定體積和重量下，有可能儲存更多的能量。對于電動汽車來說，這具有重要意義，有助于降低成本，并增加續(xù)航里程。

下一代鋰金屬電池經(jīng)歷快速的存儲老化，即使不使用電池，也會耗盡電量，并降低其儲存能量的能力。

美國能源部的電池500聯(lián)盟（包括SLAC和斯坦福在內(nèi)）的目標是開發(fā)可用于電動汽車的鋰金屬電池，使其重量能量密度大約達到現(xiàn)有電池的三倍。他們在提高電池能量密度和壽命方面取得了很大進展，但仍有很多問題有待解決，如負極上的枝晶生長問題，可能導(dǎo)致電池短路并著火。

過去幾年，研究人員一直在尋找解決這些問題的方案，包括防止鋰金屬負極生長枝晶的新涂層，以及一種能防止枝晶生長的新電解液。研究人員David Boyle表示，這方面的研究大多集中在如何減少反復(fù)充放電造成的損害上，因為反復(fù)充放電會使電極產(chǎn)生應(yīng)變和裂紋，影響電池的工作壽命。在本項研究中，研究小組希望，通過測試各種具有不同化學(xué)成分的電解液，了解鋰金屬負極老化的概況。

首先，Boyle測量了含不同電解液的鋰金屬電池的充電效率。然后，研究人員小心翼翼地拆卸已充滿電的電池，靜置一天后取出負極，使其在液氮中速凍，以保留其在存儲老化過程中特定時間點的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。接下來，使用低溫電子顯微鏡(Cryo-EM)檢測負極，以觀察各種電解質(zhì)在接近原子的尺度上對負極的影響。這是Cui的團隊在幾年前首創(chuàng)的一種方法，用于研究電池組件的內(nèi)部活動狀態(tài)。

每次鋰金屬電池充電時，負極上都會沉積一層新的鋰金屬。電解液會腐蝕這種新金屬面（左），在負極表面形成SEI層。                    研究顯示，即使不使用電池，腐蝕仍在繼續(xù)（右），經(jīng)過存儲老化，SEI層變得不規(guī)則和結(jié)塊。

在目前的鋰離子電池中，因為電解液腐蝕，負極表面會形成固體電解質(zhì)界面膜(SEI)，這會消耗少量的電池容量，但能保護負極不受進一步的腐蝕?？偟膩碚f，平滑、穩(wěn)定的SEI層有利于電池正常工作。但鋰金屬電池充電時，負極表面都會沉積一層薄薄的鋰金屬，為存儲老化過程中的腐蝕提供新的表面。在測試過程中，每種電解液都會導(dǎo)致產(chǎn)生一種獨特的SEI生長模式，有些會形成塊狀或薄膜，或者兩者兼而有之。這些不規(guī)則的生長模式與腐蝕速度加快和充電效率損耗相關(guān)聯(lián)。

與預(yù)期相反，與表現(xiàn)不佳的電解液一樣，原本支持高效充電的電解液也會因存儲老化而出現(xiàn)效率下降。因此，要最大限度地減輕存儲老化現(xiàn)象，其挑戰(zhàn)在于將電解液的腐蝕性和負極表面鋰金屬的腐蝕程度降至最低。研究人員表示：“真正重要的是，我們擁有了一種新的電解質(zhì)研究方式。這為獲得下一代電池技術(shù)所需的參數(shù)，提出了一種新的電解質(zhì)設(shè)計準則?！?/p>

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