倫敦瑪麗女王大學的盧學坤博士與來自英國和美國的國際研究團隊合作開展了一項新研究，找到了一種通過優化石墨負極的微觀結構防止電動汽車電池枝晶生長的方法，這一發現將徹底改變電動汽車電池的效率、安全性和壽命。論文將於今天（8月24日）發表在《自然-通訊》（Nature Communications）雜誌上。

枝晶是鋰離子電池在快速充電過程中可能出現的一種現象。當鋰離子積聚在電池負極表面而不是夾雜在負極中時，就會形成一層金屬鋰，並持續增長成樹枝形狀，最終刺破隔膜，這會損壞電池，縮短其使用壽命，並導致短路，從而引發火災和爆炸。

Xuekun Lu 博士解釋說，通過優化石墨負極的微觀結構，可以顯著減少鋰鍍層。石墨負極由隨機分佈的微小顆粒組成，微調顆粒和電極形態以獲得均勻的反應活性並降低局部鋰飽和度是抑制鋰電鍍和提高電池性能的關鍵。

石墨負極充電過程中的鋰濃度分佈用顏色表示。圖片來源：Xuekun Lu et al/Nature Communications

“我們的研究發現，在不同條件下，石墨顆粒的鋰化機制各不相同，這取決於它們的表面形態、大小、形狀和取向。這在很大程度上影響了鋰的分佈和枝晶的傾向，”Lu 博士說。”在開創性的三維電池模型的幫助下，我們可以捕捉到鋰鍍層何時何地開始形成，以及鋰鍍層的生長速度。這是一項重大突破，可能會對未來的電動汽車產生重大影響。 “

這項研究加深了人們對快速充電過程中鋰在石墨顆粒內重新分佈的物理過程的理解，為開發先進的快速充電協議提供了新的見解。這些知識可幫助實現高效的充電過程，同時最大限度地降低鋰鍍層的風險。

除了加快充電時間外，研究還發現，改進石墨電極的微觀結構可以提高電池的能量密度。這意味著電動汽車一次充電可以行駛更遠的距離。

這些發現是電動汽車電池開發領域的重大突破。它們可以使電動汽車充電更快、壽命更長、更安全，從而成為對消費者更具吸引力的選擇。