鋰離子電池重大突破：銦-鋰陽極

【據phys.org網站09月21日報道】近日，美國科學家在Angewandte Chemie雜誌發表文章表明，通過用銦塗覆鋰電極可以製造出更強大，更持久的新型可充電電池。銦塗層可以有效的隔絕電極和電解質之間的反應，在充電時鋰能更均勻的沉積，通過鋰和銦之間的合金化反應可以增加鋰陽極的存儲。這種優異的效果歸功於鋰離子沿銦界面的良好擴散性能。

現階段的鋰離子電池通常在充電時將鋰存儲於石墨陽極中。一個有趣的替代方案是採用金屬陽極，如鋰，能承載更高的存儲容量。但是，這個方案最大的障礙是在電池充電過程中金屬沉積不均勻，導致枝晶形成。在長時間使用電池後，這些枝晶樹突開始生長，從而使電池短路。此外，在活潑金屬電極和電解質之間也存在很多副反應，這顯著降低了電池的使用壽命。有一種理想的解決方案是在電極表面形成穩定的鈍化層，從而防止電極與電解液進一步接觸; 然而，這是不可能的，因為在電池充放電過程中電極是不斷膨脹和收縮的。這很容易破壞鈍化層並將陽極金屬暴露於電解質中發生更多的反應。其他解決方法包括人造膜或物理屏障。

康奈爾大學倫斯勒理工學院（美國特洛伊）的Ravishankar Sundararaman和康奈爾大學的Lynden A.Archer領導的研究小組現在給出了一種新的替代方法。通過採用化學離子交換技術，他們在鋰電極上塗覆銦塗層。直接將鋰電極浸入到特殊的銦鹽溶液，銦作為金屬沉積在鋰電極的表面上，同時電解質中鋰離子濃度增加。

在電解質中加入少量的銦鹽，則在電池工作時，銦層沉積就具有均勻性和自癒合性。電池在充電/放電循環期間也能保持完整，化學成分保持不變，有效防止副反應發生。 樹枝狀枝晶也被消除，使表面光滑緊湊。

通過使用計算機建模，研究人員發現了為什麼這種的方法能如此成功：鋰離子非常鬆散地填入到銦塗層，與銦形成鋰銦合金，這允許鋰離子在交叉表面上快速地移動並沉積到下面的鋰電極上。在商用電池中，新型銦 - 鋰複合電極在超過250個循環中表現穩定，能夠保留其容量的大約90％。

原文來自phys，由材料科技在線團隊翻譯整理

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