完美压力提升高密度锂金属电池性能

锂金属电池是当今普遍使用的锂离子架构的更有前途的替代品之一，有可能容纳多倍的能量。材料科学家已经朝着这个未来迈出了一步，展示了如何在循环过程中对锂金属电池施加非常特定的压力可以防止触手状生长的形成，否则会导致它们被破坏。

锂金属电池之所以有如此大的前景，是因为它们寻求使用纯锂金属作为负极材料，这种材料的能量是当今使用的石墨的 10 倍。然而，阻碍这项技术的问题在于，随着电池的循环和锂离子与阳极的相互作用，它们会在表面形成称为枝晶的生长物。这些突起会导致电短路和起火，并迅速导致电池失效。

因此，该领域的许多研究都集中在防止枝晶生长上。一些有希望的进步包括保护阳极的自形成层，构建具有更光滑表面的超薄锂金属阳极，或引入更稳定的固体电解质而不是液体电解质以在阳极和其他电极(阴极)之间携带电荷。

先前的研究还表明，在循环过程中使锂金属电池承受压力也可能阻碍枝晶生长，从而使锂颗粒沉积得更整齐并提高设备的稳定性和寿命。加州大学圣地亚哥分校的科学家着手探索这种现象，并试图确定什么样的压力水平可以带来最好的结果。

他们的研究涉及观察锂金属电池在运行过程中受到不同压力时的形态。在较低的压力下，沉积的锂呈现出多孔且无序的特性，为枝晶生长留下了足够的空间。然而，在 350 公斤帕斯卡(约 3.5 个大气压)的较高压力下，锂沉积成整齐的柱状结构，中间没有任何孔隙，几乎没有空间用于枝晶形成。

在顶行中，顶视图和横截面显示在 70 kPa 或 kPa(小于一个大气压)下沉积的锂，底行：在 350 kPa 或 3.5 个大气压下沉积的锂的顶视图和横截面

在顶行中，顶视图和横截面显示沉积的锂在 70 千帕或千帕(小于一个大气压)下具有无序的多孔性质。沿着底行：顶视图和横截面显示在 350 kPa 或 3.5 个大气压下沉积的锂，形成更整齐的柱子和更少的孔加州大学圣地亚哥分校

“我们不仅回答了这个科学问题，还确定了所需的最佳压力，”加州大学圣地亚哥分校纳米工程系教授、该论文的资深作者 Shirley Meng 说。“我们还提出了最大 LMB(锂金属电池)性能的新测试协议。”

这种对锂沉积物的操纵和防止枝晶的形成将是使锂金属电池恢复生机的关键，但通过这种高压方法实现这一点需要重新考虑它们是如何组合在一起的。科学家们指出，需要对制造设施进行改造以生产这种电池，但有了这些有希望的结果，他们现在可以开始探索可能性。

该研究发表在《自然能源》杂志上。

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