幾十年來，科學(xué)家們一直認(rèn)為，可充電電池電極上不可避免的薄膜堆積是導(dǎo)致性能下降的原因。但近期美國的一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)，性能下降的背后實(shí)際上另有原因。

來自美國能源部太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)，電池電極上苔蘚狀或樹形結(jié)構(gòu)的鋰金屬沉積物的積累并不是性能下降的根本原因，而是一種副作用。他們的最新發(fā)現(xiàn)已于近期發(fā)表在了《自然能源》雜志上。

他們的研究結(jié)果表明，所謂的固體電解質(zhì)界面（SEI）并不是以前認(rèn)為的電子絕緣體，而是表現(xiàn)得像半導(dǎo)體。SEI的作用就像一個(gè)守護(hù)者，允許鋰離子自由進(jìn)出陽極。一直以來，科學(xué)家們都專注于研究這種SEI層，盡管它比一張紙還薄，但它在電池性能中起著巨大的作用。

當(dāng)電池還是新電池時(shí)，SEI在第一次充電周期形成，理想情況下在電池的預(yù)期壽命內(nèi)保持穩(wěn)定。但是觀察老化的可充電電池的內(nèi)部，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)負(fù)極上有大量固體鋰的堆積。電池研究人員認(rèn)為，這種累積會(huì)導(dǎo)致性能下降。但此前無法通過測量來檢驗(yàn)因果關(guān)系。

在最新研究中，他們通過開發(fā)一種新技術(shù)直接測量了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中SEI的導(dǎo)電性，解決了這個(gè)問題。該團(tuán)隊(duì)將透射電子顯微鏡與顯微鏡內(nèi)微制造金屬針的納米級操作結(jié)合起來。然后，研究人員用四種不同類型的電解質(zhì)測量了在銅或鋰金屬上形成的SEI層的電學(xué)性能。

如此一來，他們就解決了長期以來的謎團(tuán)，即SEI在電池運(yùn)行過程中是如何發(fā)揮作用的。該小組的測量顯示，隨著電池電壓的增加，SEI層在所有情況下都會(huì)泄漏電子，使其成為半導(dǎo)電的。此外，SEI層的含碳有機(jī)成分容易泄漏電子，并縮短電池壽命。

PNNL實(shí)驗(yàn)室研究員和電池技術(shù)專家，共同領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Chongmin Wang說，“更高的導(dǎo)電率會(huì)導(dǎo)致更厚的SEI和復(fù)雜的固體鋰形式，最終導(dǎo)致較差的電池性能?！?

至此，研究人員得出結(jié)論，盡量減少SEI中的有機(jī)成分將使電池具有更長的使用壽命。

“即使是通過SEI傳導(dǎo)速率的微小變化，也會(huì)導(dǎo)致效率和電池循環(huán)穩(wěn)定性的巨大差異?！盬ang補(bǔ)充說。