（圖片來源：加州大學(xué)圣地亞哥分校）

 

      據(jù)外媒報道，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校（the University of California San Diego）和愛達荷國家實驗室（Idaho National Laboratory）的科學(xué)家仔細研究了鋰離子電池充電的最初階段，并且發(fā)現(xiàn)緩慢、低能量充電方式可以讓電極以無序的方式收集原子，從而改善電池的充電行為。此外，還發(fā)現(xiàn)了此前從未被發(fā)現(xiàn)的非晶態(tài)“玻璃狀”鋰，而且從傳統(tǒng)上看，制造此種非晶態(tài)金屬也極其困難。不過，這一發(fā)現(xiàn)為更好的電池、更快的催化劑以及其他材料科學(xué)的飛躍發(fā)展打開了大門。

 

       這一發(fā)現(xiàn)提出了用微調(diào)充電方式延長電池壽命的策略，而且此種玻璃狀金屬還可用于其他用途。

 

       鋰金屬被認為是高能量可充電電池的首選陽極。但是，研究人員沒有很好地了解在充電過程中，在陽極表面所沉積的鋰原子。每次充電循環(huán)中，鋰原子在陽極上沉積方式都會有所不同，從而導(dǎo)致充電不穩(wěn)定，電池壽命有所縮短。

 

       加州大學(xué)圣地亞哥分校和愛達荷國家實驗室研究小組想了解，充電模式是否受最初聚集的幾個原子的影響，即成核過程中聚集的原子。

 

       研究人員將配備液氮冷卻的強大電子顯微鏡的圖像和分析與計算機建模相結(jié)合，此種低溫電子顯微鏡可以讓研究人員看到鋰金屬“胚胎”的形成過程，而計算機模擬可以解釋所看到的東西。

 

       結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在特定條件下會產(chǎn)生一種結(jié)構(gòu)較差的鋰，是一種形狀不定（如玻璃），而不是晶體狀（如鉆石）的鋰。

 

       此前，研究人員從未觀察到純非晶態(tài)的金屬，而且極難生產(chǎn)此種金屬，因此通常需要讓金屬混合物（合金）來達到“玻璃化”的結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)強大的材料性能。

 

       在充電過程中，玻璃狀鋰“胚胎”更有可能在整個生長過程中保持形狀不定。在研究什么條件有利于玻璃成核時，研究小組感到了驚訝。研究人員表示：“我們可以在非常溫和的條件下，以非常慢的充電速度制造出非晶態(tài)金屬。”

 

       這一研究成果與之前的常識不符，因為研究人員認為沉積速度慢會讓原子找到進入到有序晶體鋰中的途徑。但是，建模研究解釋了反應(yīng)動力學(xué)如何促進玻璃狀金屬的形成。該小組通過打造四種活性更高的玻璃狀金屬來證實研究中的發(fā)現(xiàn)，而且此四種金屬都有潛力應(yīng)用于電池。

 

       此次研究的成果有助于實現(xiàn)Battery500聯(lián)盟的目標。該聯(lián)盟由美國能源部發(fā)起，而且美國能源部還對該項研究提供了資助。該聯(lián)盟的目標是研發(fā)具有商業(yè)可行性的電動汽車電池，電池的比能需要達到500Wh/kg。此外，這一新發(fā)現(xiàn)有可能實現(xiàn)更有效的金屬催化劑、更強大的金屬涂層以及其他受益于玻璃金屬的應(yīng)用。