《固态电池的新金属设计能够在较低压力下运行》

  • 来源专题:关键矿产与绿色冶金
  • 编译者: 欧冬智
  • 发布时间:2025-06-10
  • 乔治亚理工学院的Matthew McDowell研究团队在固态电池领域取得了重要突破。该团队发现了一种结合锂和更柔软的钠金属的新金属,这种组合在较低压力下也能提高电池性能并表现出新特性。这项研究成果已发表在《Science》期刊上。 固态电池比传统的锂离子电池更安全,且能量密度更高,但通常需要高压才能运行,限制了其应用。此次研究解决了这一问题,通过使用更柔软的钠金属,减少了对高压力的依赖。这一发现有望使固态电池更广泛地应用于电动汽车、笔记本电脑等领域。 锂离子电池由于其紧凑、可靠和寿命长的特点一直是行业标准,但其液态电解质容易燃烧。固态电池使用固态电解质,安全性更高,但在充放电过程中,锂金属的形状变化可能导致与电解质接触不良,从而影响性能。McDowell团队的研究提供了一种解决方案,即在低压条件下保持良好接触,使固态电池更具可行性。
  • 原文来源:https://techxplore.com/news/2025-06-metal-solid-state-batteries-enables.html
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    • 【研究机构】 乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology) 【研究内容】 问题背景?:锂离子电池因能量密度限制和易燃性存在安全隐患。固态电池虽更安全且能量密度高,但需高压维持性能,导致体积笨重。 创新设计?:提出锂-钠复合金属电极:通过结合锂(高活性)与钠(超软特性),降低电池工作压力需求。钠的柔软性(可手指按压变形)显著改善锂与固态电解质的界面接触。 理论突破?:引入生物学“形态发生”(morphogenesis)概念,解释锂-钠复合体在低压下的自适应形变行为。首次在材料科学中验证该理论的实际应用。 效果?:电池重量和体积减少,更适合移动设备及电动汽车。专利已申请,潜在应用包括延长手机续航、电动车单次充电行驶500英里。 原文链接: Sun Geun Yoon et al, Interface morphogenesis with a deformable secondary phase in solid-state lithium batteries, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adt5229
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    • 编译者:李丹
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    • 来自材料牛 英国牛津大学Peter G. Bruce、T. James Marrow、 Charles W. Monroe教授课题组基于对全固态电池枝晶过程的多尺度多手段表征与原位追踪,提出了新的全固态电池枝晶理论,将全固态电池的枝晶短路过程分为引发和扩张两个不同的阶段,并分别建立了理论模型。其中枝晶的引发产生于锂在与Li/SE界面连通的近界面孔洞(缺陷)的沉积,在孔洞填满后将锂挤出的过程中,过大电流密度使得锂作为粘塑流体的流动过程产生极大的内部应力,从而引发电解质碎裂。而锂枝晶的扩张过程是一个锂枝晶在沉积的动态过程中从枝晶裂纹的尾部将固态电解质楔开(wedge open)的过程。枝晶的引发取决于固态电解质晶界的局部断裂强度、孔洞的尺寸、分布密度、及电流密度;而枝晶的扩张过程取决于固态电解质的宏观断裂韧性,枝晶在裂纹中的分布情况,电流密度,以及充电过程的面容量。根据锂金属在枝晶引发阶段与扩张阶段力学环境的差异,引发与扩张阶段对固态电池外部压力的敏感性截然不同。只有较大的压力才会大幅影响枝晶的引发过程,但枝晶的扩张过程却对外部压力非常敏感。降低外部压力可以显著抑制枝晶的扩张阶段,即使在枝晶引发的状态下也可以大幅延后固态电池的短路。研究成果以“Dendrite initiation and propagation in lithium metal solid-state batteries”为题发表于Nature。宁子杨、李冠辰、Dominic Melvin共同一作。