创新锂金属电池设计，减少环境影响

锂金属电池被认为是下一代高能量电池中最有前途的选项之一。它们每单位体积储存的能量至少是目前广泛使用的锂离子电池的两倍。这意味着，使用锂金属电池，一辆电动汽车可以在单次充电后行驶两倍的距离，一部智能手机也不需要经常充电。

但是，目前锂金属电池还有一个关键缺陷：液态电解质需要添加大量的氟化溶剂和氟化盐，增加了其环境足迹。然而，如果不添加氟化物，锂金属电池将不稳定，经过很少的充电循环后就会停止工作，并容易短路、过热和起火。

由苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的电化学能源系统教授玛丽亚·卢卡特斯卡娅（Maria Lukatskaya）领导的研究团队，现在开发了一种新方法，大大减少了锂金属电池中所需的氟含量，从而使它们更加环保、稳定且具有成本效益。

稳定的保护层提高电池安全性和效率

电解质中的氟化化合物有助于在电池负极的金属锂周围形成保护层。玛丽亚解释说：“这种保护层可以比作牙齿的釉质，它保护金属锂免受电解质成分的持续反应。”如果没有它，电解质将在循环过程中迅速耗尽，电池将失效，而且缺乏稳定的保护层会导致锂金属在充电过程中形成“枝晶”，而不是均匀的平层。

如果这些枝晶接触到正极，将导致短路，并有可能使电池过热和着火。因此，控制这种保护层的性能对于电池性能至关重要。稳定的保护层提高了电池的效率、安全性和使用寿命。

减少氟含量

博士生内森·洪（Nathan Hong）说：“问题在于如何在不影响保护层稳定性的情况下减少添加的氟含量。”研究团队的新方法使用静电吸引来实现所需的反应。在这种方法中，带电的氟化分子作为载体将氟运输到保护层。这意味着液态电解质中只需要0.1%的氟含量，这至少比之前的研究低20倍。

优化的方法使电池更加环保

苏黎世联邦理工学院的研究团队在最近发表在《能源与环境科学》期刊上的论文中描述了这种新方法及其基本原理，并已申请专利。

其中最大的挑战之一是找到合适的分子，使氟能够附着在上面，并在到达金属锂后在适当的条件下再次分解。研究团队解释说，这种方法的一个主要优点是，它可以无缝集成到现有的电池生产过程中，而无需额外的成本来更改生产设置。实验室中使用的电池大小如同硬币。下一步，研究人员计划测试该方法的可扩展性，并将其应用于智能手机使用的软包电池。