日本东北大学科学家开发出新复合氢化物锂超离子导体

据物理学家组织网25日报道，日本东北大学和高能加速器研究组织的科学家，开发出一种新的复合氢化物锂超离子导体。研究人员表示，通过设计氢簇（复合阴离子）结构实现的这一新材料，对锂金属显示出了极高的稳定性，使锂金属有望成为全固态电池的最终阳极材料，催生出迄今能量密度最高的全固态电池。

阳极为锂金属的全固态电池有望解决传统锂离子电池的电解质泄漏、易燃和能量密度有限等问题，人们普遍认为，锂金属是全固态电池的最佳阳极材料，因为它具有最高的理论容量和已知阳极材料中最低的电位。

锂离子传导固体电解质是全固态电池的关键组成部分，但问题是，大多数现有的固体电解质具有化学/电化学不稳定性，不可避免地会在界面处引起不必要的副反应，导致界面电阻增加，在重复充放电期间极大地降低电池的性能。

研究人员表示，复合氢化物在解决与锂金属阳极相关的问题时广受关注，因为它们对锂金属阳极具有出色的化学和电化学稳定性。他们得到的新型固体电解质不仅拥有高离子导电性，且对锂金属也非常稳定，因此，对于使用锂金属阳极的全固态电池来说是一个真正的突破。

研究人员表示：“这一发展不仅有助于我们未来找到基于复合氢化物的锂离子导体，还将开辟固体电解质材料领域的新趋势，得到的新型固体电解质材料有望促进高能量密度电化学装置的发展。”

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英媒称，锂金属电池的储电量相当于锂离子电池的10倍，但是因为一个致命缺陷一直未被商业化：在锂金属电池充放电时，锂会不均匀地聚集在电极上。这种积聚会大大缩短电池寿命，而且更重要的是，这可能会导致电池短路和起火。

据英国科学新闻网站3月15日报道，现在，美国伊利诺伊大学芝加哥分校（UIC）的研究人员开发了一种以氧化石墨烯为涂层的“纳米片”来解决这一问题：将这种纳米片置于锂金属电池的两个电极之间能够防止锂的不均匀聚集，令电池经过数百次的充电/放电循环仍能安全工作。研究人员将研究成果刊登在美国《先进功能材料》杂志上。

这篇研究论文的通讯作者、UIC工程学院机械与工业工程专业副教授雷扎·沙赫巴齐安-亚萨尔说：“我们的研究结果表明，二维材料——在此例中为氧化石墨烯——能够帮助调节锂聚集，从而延长锂金属电池的使用寿命。”

报道称，在锂离子电池中，有一个隔膜被置于电解液中。这种隔膜通常由多孔聚合物或玻璃陶瓷纤维制成，隔膜允许锂离子通过，同时挡住其他部件，以防发生可能导致起火的短路。

沙赫巴齐安-亚萨尔及其同事在锂金属电池中使用了一种改进的隔膜来调节锂离子的流动，以控制锂的聚集速度，然后观察其是否能防止锂树枝状结晶的形成。他们把氧化石墨烯喷涂到一种玻璃纤维隔膜上，从而制造出他们口中的“纳米片”。

这项研究的第一作者、UIC工程学院研究生塔拉·福鲁赞说，研究人员利用扫描电子显微镜和其他成像技术来展示，当这种纳米片被用于锂金属电池时，锂电极表面会形成一层均匀的锂膜，这实际上提高了电池性能，并且令电池更安全。

得克萨斯农机大学的一组研究人员带头进行的分子模拟表明，锂离子暂时与氧化石墨烯结合，然后通过纳米片中的纳米级缺陷区扩散。这放慢了锂离子的通过速度，从而阻止了在电极上形成锂的树枝状结晶。