鋰金屬電池可以儲存兩倍於鋰離子電池的能量，但由於需要使用含氟溶劑和鹽類，因此面臨環境挑戰。由瑪麗亞-盧卡茨卡婭（Maria Lukatskaya）領導的蘇黎世聯邦理工學院研究小組開發了一種減少氟含量的方法，從而提高了電池的穩定性，使其更加環保和經濟。

鋰金屬電池是下一波先進高能量電池的主要競爭者。與常用的鋰離子電池相比，金屬鋰電池的單位體積能量儲存至少增加了一倍。因此，這項進步可使電動車一次充電的行駛距離增加一倍，或使智慧型手機減少充電次數。

目前，鋰金屬電池仍存在一個重要缺陷：液態電解質需要添加大量含氟溶劑和含氟鹽，增加了對環境的影響。然而，如果不添加氟，鋰金屬電池就會不穩定，充電幾次後就會停止工作，而且容易發生短路、過熱和起火。蘇黎世聯邦理工學院電化學能源系統教授瑪麗亞-盧卡茨卡婭領導的研究小組現已開發出一種新方法，可大幅減少金屬鋰電池所需的氟量，使其更環保、更穩定、更具成本效益。

電解液中的氟化合物有助於在電池負極的金屬鋰周圍形成保護層。 Lukatskaya 解釋：「這個保護層可以比作牙齒的琺瑯質。它保護金屬鋰不會與電解質成分持續反應。如果沒有它，電解質就會在循環過程中迅速耗盡，電池就會失效，而且缺乏穩定的保護層會導致在充電過程中形成枝晶，而不是一個保形的平面保護層。

如果這些樹枝狀突起接觸到正極，就會導致短路，從而有可能使電池升溫過快而被點燃。因此，控制保護層特性的能力對電池效能至關重要。穩定的保護層可以提高電池的效率、安全性和使用壽命。

博士生Nathan Hong 說：”問題是如何在不影響保護層穩定性的情況下減少氟的添加量。”

研究小組的新方法利用靜電吸引來實現理想的反應。在這裡，帶電的含氟分子是將氟輸送到保護層的載體。這意味著液態電解質中只需要0.1% 重量百分比的氟，比先前的研究至少低20 倍。

蘇黎世聯邦理工學院研究小組在最近發表於《能源與環境科學》雜誌的一篇論文中介紹了這種新方法及其基本原理。專利申請已經完成。

最大的挑戰之一是找到可以附著氟的合適分子，一旦附著到鋰金屬上，也能在適當的條件下再次分解。研究小組解釋說，這種方法的一個關鍵優勢是可以無縫整合到現有的電池生產過程中，而不會因為改變生產設置而產生額外成本。實驗室使用的電池只有硬幣大小。

下一步，研究人員計劃測試該方法的可擴展性，並將其應用於智慧型手機中使用的電池。

編譯自/ ScitechDaily