“新技术可生产出更耐用的锂电池”

从便携设备到电动车辆，各种各样的能源越来越依赖，改善能源储存、延长电池寿命、确保安全运行的大课题变得越来越重要。 材料科学和工程助理袁洋教授领导的哥伦比亚工程小组今天宣布，通过插入纳米氮化硼( bn )涂层稳定锂金属中的固体电解质，开发了安全延长电池寿命的新方法。 他们的研究结果在joule发表的新研究中被概述。

以前传来的锂离子( li-ion )电池现在在日常生活中被广泛采用，但由于低能量密度，电池寿命缩短，同时由于内部可燃性高的液体电解质，有可能短路或起火。 通过采用锂金属代替锂离子电池采用的石墨阳极，可以提高能量密度。 锂金属能够提供的电荷量的理论容量约为石墨的10倍。 但是，在镀金过程中经常形成树枝状晶体，如果它们穿透电池中间的膜隔板，它们会短路，引起对电池安全性的担心。

我们决定集中在固体陶瓷电解质上。 yang说，与锂离子电池通常的可燃性电解质相比，在提高安全性和能量密度方面显示出更大的潜力。 我们对可充电的固体锂电池特别感兴趣。 因为最适合新一代储存。

许多固体电解质为陶瓷，不易燃烧，因此解决了安全问题。 另外，固体陶瓷电解质具有较高的机械强度，实际上可以抑制枝晶锂的生长，将锂金属作为电池阳极的涂层选择。 但是，许多固体电解质对锂不稳定，容易被锂金属腐蚀，不能用于电池。

本文第一作者运用物理和应用数学系博士后研究科学家钱程先生介绍说，锂金属是提高能量密度所不可缺少的，可用作固体电解质的阳极是重要的。 谁在杨集团工作？ 为了使这些不稳定的固体电解质适应实用，为了保护这些固体电解质免受锂电阳极的影响，有必要开发化学和机械稳定的界面。 界面不仅是高度电子绝缘的，还必须是离子传导性的。 为了输送锂离子，另外，该界面必须是超薄型，以免降低电池的能量密度。

为了应对这些挑战，这个团队与布鲁克海文国家实验室和纽约市大学的同事一起工作。 他们堆积5~10 nm的氮化硼( bn )纳米薄膜作为保护层，进行隔离，以使锂金属和离子传导体(固体电解质)之间的电接触和微量的聚合物或液体电解质渗透到极/电解质界面。 他们选择了bn作为保护层。 这是因为它与锂金属在化学和机械上稳定，提供高度的电子绝缘。 他们在bn层中有固有的缺陷，设计成锂离子通过这个缺陷，成为优良的隔膜。 另外，bn可以通过化学气相沉积容易地制造，在大规模( DM水平)下原子水平薄( nm水平)，

在早期的研究中，厚度只有200？ 行程中说，m的聚合物保护层，我们的bn保护膜厚度只有5~10 nm，在该保护层的极限依然很薄，不会降低电池的能量密度。 是防止锂金属侵入固体电解质的屏障的完美材料。 像防弹一样，为了不稳定的固体电解质，防锂金属'； 最佳'； 然后，通过这一革新，实现了长寿命的锂金属电池。

研究人员目前正在将他们的做法扩展到各种不稳定的固体电解质上，以进一步优化接口。 他们想制造高性能、长寿命的固体电池。

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