根據最近發表在《自然-能源》上的一篇論文，一個工程師團隊在開發快速充電的鋰金屬電池方面取得了重大進展。這些電池能夠在短短一小時內完成充電，這要歸功於均勻的鋰金屬晶體的生長，這些晶體可以在令人驚訝的速度下在目標表面迅速播種，這項創新技術為未來的能源儲存帶來了巨大的希望。

運用這種技術的訣竅是使用一種鋰不”喜歡”的晶體生長表面。從這些種子晶體中生長出密集的均勻金屬鋰層。電池研究人員對均勻的金屬鋰層非常感興趣，因為它們不包含被稱為枝晶的物質，電池陽極中這些物質的形成是快速充電的超能量密度鋰金屬電池的一個長期障礙。

由加州大學聖地亞哥分校工程師領導的這種新方法使鋰金屬電池在大約一小時內完成充電，這一速度與當今的鋰離子電池相比具有競爭力。加州大學聖地亞哥分校的工程師與加州大學歐文分校的成像研究人員合作，今天（2023年2月9日）在《自然-能源》雜誌上發表了這項旨在開發快速充電的鋰金屬電池的進展。

在這張SEM圖像中，大而均勻的金屬鋰晶體生長在一個表面上，這令人驚訝，因為它並不”喜歡”鋰。加州大學聖地亞哥分校的電池研究人員發現，金屬鋰晶體可以被啟動（成核），并快速而均勻地生長為密集的金屬鋰層，而這些金屬鋰層缺乏性能退化的枝晶。在2023年2月9日發表的《自然-能源》論文中，加州大學聖地亞哥分校的電池研究人員表明，這種鋰晶體種子的意外形成導致即使在高充電率下也能形成緻密的鋰層，從而產生長周期壽命的鋰金屬電池，而且還可以快速充電。這一發現克服了可充電鋰金屬電池的一個普遍現象，即高速充電總是容易導致鋰電池被枝晶穿透導致壽命縮短。通過用這種由氟化鋰和鐵製成的疏水性表面取代鋰金屬電池負極（陽極）上無處不在的銅表面，研究人員為創造更可靠、更安全、更高性能的鋰金屬電池開闢了一條新途徑。

為了生長鋰金屬晶體，研究人員用氟化鋰（LiF）和鐵（Fe）組成的疏鋰納米複合材料表面取代了鋰金屬電池負極（陽極）上無處不在的銅表面。使用這種疏水性表面進行鋰沉積，形成了鋰晶體種子，並從這些種子中生長出密集的鋰層–即使是在高充電率下，帶來的結果是可以快速充電的長循環壽命的鋰金屬電池。

金屬鋰單晶的低溫TEM圖像，它被播種在一個令人驚訝的、由氟化鋰和鐵組成的硫代納米複合材料表面，該鋰晶體具有六角形雙錐體的形狀。

由加州大學聖地亞哥分校納米工程師領導的新進展可以消除阻礙能量密集型鋰金屬電池在電動汽車（EVs）和便攜式電子產品等應用中廣泛使用的一個重要障礙。雖然鋰金屬電池因其高充電密度而在電動汽車和便攜式電子產品中具有巨大的潛力，但今天的鋰金屬電池必須以極慢的速度充電，以保持電池的性能和避免安全問題。慢速充電是必要的，這可以盡量減少破壞電池性能的鋰枝晶的形成，因為鋰離子與電子結合，在電池的陽極側形成鋰晶體，鋰晶體在電池充電時堆積，而鋰晶體在電池放電時溶解。