日本東北大學科學家開發出新復合氫化物鋰超離子導體

據物理學家組織網25日報道，日本東北大學和高能加速器研究組織的科學家，開發出一種新的復合氫化物鋰超離子導體。研究人員表示，通過設計氫簇（復合陰離子）結構實現的這一新材料，對鋰金屬顯示出了極高的穩定性，使鋰金屬有望成為全固態電池的最終陽極材料，催生出迄今能量密度最高的全固態電池。

陽極為鋰金屬的全固態電池有望處理傳統鋰電池的電解質泄漏、易燃和能量密度有限等問題，人們普遍認為，鋰金屬是全固態電池的最佳陽極材料，因為它具有最高的理論容量和已知陽極材料中最低的電位。

鋰離子傳導固體電解質是全固態電池的關鍵組成部分，但問題是，大多數現有的固體電解質具有化學/電化學不穩定性，不可避免地會在界面處引起不必要的副反應，導致界面電阻增加，在重復充放電期間極大地降低電池的性能。

研究人員表示，復合氫化物在處理與鋰金屬陽極相關的問題時廣受關注，因為它們對鋰金屬陽極具有出色的化學和電化學穩定性。他們得到的新型固體電解質不僅擁有高離子導電性，且對鋰金屬也非常穩定，因此，對于使用鋰金屬陽極的全固態電池來說是一個真正的沖破。

研究人員表示：“這一發展不僅有助于我們將來找到基于復合氫化物的鋰離子導體，還將開辟固體電解質材料范疇的新趨勢，得到的新型固體電解質材料有望促使高能量密度電化學裝置的發展。”

鋰金屬相關資訊解析：

英媒稱，鋰金屬電池的儲電量相當于鋰電池的10倍，但是因為一個致命缺陷一直未被商業化：在鋰金屬電池充放電時，鋰會不平均地集中在電極上。這種積聚會大大縮短電池壽命，而且更緊要的是，這可能會導致電池短路和起火。

據英國科學新聞網站3月15日報道，今朝，美國伊利諾伊大學芝加哥分校（UIC）的研究人員開發了一種以氧化石墨烯為涂層的“納米片”來處理這一問題：將這種納米片置于鋰金屬電池的兩個電極之間能夠戒備鋰的不平均集中，令電池經過數百次的充電/放電循環仍能安全工作。研究人員將研究成果刊登在美國《先進功能材料》雜志上。

這篇研究論文的通訊作者、UIC工程學院機械與工業工程專業副教授雷扎·沙赫巴齊安-亞薩爾說：“我們的研究結果聲明，二維材料——在此例中為氧化石墨烯——能夠幫助調節鋰集中，從而延長鋰金屬電池的使用壽命。”

報道稱，在鋰電池中，有一個隔膜被置于電解液中。這種隔膜通常由多孔聚合物或玻璃陶瓷纖維制成，隔膜準許鋰離子通過，同時擋住其他部件，以防發生可能導致起火的短路。

沙赫巴齊安-亞薩爾及其同事在鋰金屬電池中使用了一種改進的隔膜來調節鋰離子的流動，以控制鋰的集中速度，然后觀察其是不是能戒備鋰樹枝狀結晶的形成。他們把氧化石墨烯噴涂到一種玻璃纖維隔膜上，從而制造出他們口中的“納米片”。

這項研究的第一作者、UIC工程學院研究生塔拉·福魯贊說，研究人員利用掃描電子顯微鏡和其他成像技術來展示，當這種納米片被用于鋰金屬電池時，鋰電極表面會形成一層平均的鋰膜，這實際上提高了電池性能，并且令電池更安全。

得克薩斯農機大學的一組研究人員帶頭進行的分子模擬聲明，鋰離子暫時與氧化石墨烯結合，然后通過納米片中的納米級缺陷區擴散。這放慢了鋰離子的通過速度，從而阻止了在電極上形成鋰的樹枝狀結晶。

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