查尔姆斯理工大学创建3D图像 可实时了解锂金属电池充放电行为

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据外媒报道，电池研究人员创建了锂金属电池循环时的实时3D图像。瑞典查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）的研究团队成功观察到了锂金属在电池充放电时的行为。

（图片来源：查尔姆斯理工大学）

这可能为未来的汽车和设备提供容量更大、安全性更高的电池。

查尔姆斯大学物理系教授Aleksandar Matic表示：“这项研究打开了一扇新窗口，以便了解并长期优化未来的锂金属电池。如果能够明确在循环过程中电池中的锂发生的变化，就可获得影响电池内部工作原理的重要知识。”

为了取代目前使用的锂离子电池，研究人员希望开发能量密度更高、更安全、低成本的电池，比如固态电池、锂硫电池和锂氧电池等。这些概念都建立锂金属负极的基础上，而不是现在使用的石墨负极。不使用石墨，电池电芯会变得更轻；而使用锂金属负极，使高容量正极材料成为可能。因此，可能实现三到五倍的能量密度。

然而，锂金属电池存在的关键问题之一是：当电池充、放电时，锂并不总是那么平坦而光滑。通常会形成苔藓状的微结构或长针状结构枝晶，部分沉积锂变得孤立，然后失去活性，而锂枝晶可能造成短路。因此，了解这些结构形成的时间、方式和原因，具有重要意义。研究负责人Matthew Sadd表示：“为了能够在下一代电池中使用这项技术，需要了解电流密度、电解质选项和循环次数等因素对电池的影响。现在有了这样的工具。”

这项实验在瑞士光源公司（Swiss Light Source）进行，旨在观察在工作电池中形成的锂微结构。研究人员准备了一种特殊设计的电池电芯，使用X射线断层显微镜，实时和3D研究锂沉积时间。据该团队所知，目前还没有人能够研究工作电池中的锂金属。如果此项研究取得成功，比起电芯循环后的分析图像，将是一大进步。

Matic表示：“研究人员观察到锂形成很大的结构，如同巨大的针一样。长期以来，我们一直希望，能够实时观察电池的内部工作原理。现在可以做到这一点了。”

现在，该团队的目标是在其他电池概念上测试这项技术。Matic表示：“研究人员希望开发这种方法，以便以更高的分辨率、更快地进行测量，观察在早期沉积过程形成的更详细的微结构。对于大规模安全使用锂金属电池来说，这是关键点之一。”