安全、快速充电的锂电池手柄是电流的5倍

在当今锂离子电池的设计中仔细引入新材料，有可能极大地提高其性能，而科学家们刚刚在碳纳米管中发现了一种很有希望的可能性。通过将这些材料结合到锂金属电池的电极中，研究人员已经生产出一种不仅更安全，而且有可能在传统设备的一小部分时间内充电的版本。

这项研究是在德克萨斯农工大学工程学院进行的，中心是一种具有巨大潜力的电池架构。当传统的锂离子电池充放电时，锂离子在阴极和阳极之间来回摆动，后者通常由石墨和铜的混合物制成。

但科学家们看到了使用纯锂金属的很好的替代方案，它提供了非常高的能量密度，可以制造充电速度更快、容量高达10倍的电池。去年的一项研究将锂阳极描述为“打破当前锂离子化学的能量密度瓶颈的关键。可以说，人们对使这些东西工作有相当大的兴趣。”

然而，挡在路上的是被称为树突的摇晃的触角。当锂离子沉积不均匀时，这些树状结构会建立在阳极的表面，随着它们的生长，它们会刺穿电池的关键部件，导致短路和/或着火。如果没有发生这种情况，它们会导致电池很快失去电量。

因此，许多研究都集中在树枝晶形成的问题上，德克萨斯农工大学的研究小组相信，他们可能已经在超轻和高导电的碳纳米管中找到了解决方案。这一设计反映了我们在2018年观察的另一种实验电池的设计，该电池使用一层薄的碳纳米管膜在树枝状物正确形成之前有效地窒息它们，但这项新研究背后的研究人员采取了一种略有不同的方法。

对于阳极，研究小组使用碳纳米管来构建三维多孔支架，支架上有导致锂离子结合到其表面的分子。这需要一些实验，但研究小组发现，在这些结合分子的适当浓度下，它已经产生了一种电池阳极，避免了在其表面堆积树枝状结构。

“但是，当我们有适量的结合分子时，我们就可以在某些地方‘解开’碳纳米管支架，让锂离子穿过并结合到支架的整个表面，而不是聚集在阳极的外表面，形成树枝，”该研究的作者朱兰·卢(Juran Noh)说。

锂离子均匀和安全分布的另一个结果是提高了电池产生更大电流的能力。如此之多，研究小组报告说，阳极可以处理五倍于传统电池的电流。这增加了电池的前景，这种电池不仅更安全，能量密度更高，而且可能只需一小部分时间就能充电。

“几十年来，建造安全且寿命长的锂金属阳极一直是一个科学挑战，”卢武铉说。我们开发的阳极克服了这些障碍，是迈向锂金属电池商业应用的重要的第一步。“