马里兰大学的科学家们开创了一种技术，通过抑制枝晶的生长，使电动汽车使用的锂电池更安全、更高效。虽然前景广阔，但在设计和成本方面仍面临挑战，该技术有可能在 2026 年投入商业应用。
马里兰大学的工程研究人员开发出一种方法，可以防止困扰下一代锂电池的损坏。马里兰大学的研究人员专注于锂电池的失效机制，开创了一种技术，该技术可能会带来更安全、更节能的电动汽车（EV）。这一进步可以降低电池起火的风险，而这正是现有电池技术的一个主要问题。
本周三发表在《自然》（Nature）杂志上的一篇论文介绍了这种创新方法，它可以抑制锂枝晶的生长--枝晶是在所谓的全固态锂电池内部形成的破坏性枝状结构，阻碍了公司将这种前景广阔的技术广泛商业化。但是，由化学与生物分子工程系教授王春生领导的这项电池"中间层"新设计阻止了树枝状结构的形成，为生产用于电动汽车的可行全固态电池打开了大门。
美国至少有 75 万辆注册电动汽车使用锂离子电池。锂离子电池因其高能量存储而广受欢迎，但其中含有易燃的液态电解质成分，过热时会燃烧。虽然没有政府机构按汽车类型跟踪汽车火灾，而且电动汽车电池火灾似乎相对罕见，但它们却带来了特殊风险；美国国家运输安全委员会报告称，急救人员很容易遭受安全风险，包括电击和接触损坏或燃烧的电池产生的有毒气体。
Wang说，全固态电池可以使汽车比目前的电动汽车或内燃机汽车更安全，但要想绕过这些缺点却很难。当这些电池以电动汽车所需的高容量和充放电率运行时，锂枝晶会向阴极一侧生长，造成短路和容量衰减。
研究人员说，他和博士后万红丽于2021年开始研究锂枝晶生长的形成理论；目前这仍是科学界争论的问题。他说："在我们弄清了这一部分之后，我们提出了重新设计夹层的想法，这将有效抑制锂枝晶的生长。"
他们的解决方案之所以独特，是因为稳定了固体电解质与阳极（电路中的电子进入电池）和电解质与阴极（能量流出电池）之间的电池界面。新的电池结构增加了一个富含氟的中间层，可以稳定阴极一侧，并用镁和铋修饰阳极中间层，抑制锂枝晶。
"固态电池是下一代电池，因为它们可以实现高能量和高安全性。在目前的电池中，如果实现了高能量，就会牺牲安全性。"
在产品进入市场之前，研究人员还需要解决其他挑战。要实现全固态电池的商业化，专家们必须缩小固态电解质层的规模，使其厚度与锂离子电池的电解质相似，这将提高能量密度--即电池可存储的电量。研究小组表示，基础材料的高成本是另一个挑战。
先进电池制造商 Solid Power 计划在 2026 年之前向市场推出新型电池，并开始对新技术进行试验，以评估其商业化潜力。研究人员说，继续研究的目的是进一步提高能量密度。
Demi Xia编译
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