当前的电池受到所需充电时间和可实现范围的限制。美国能源部(DOE) 制定了电动汽车 (EV) 电池 10 分钟快速充电目标。然而，快速充电电流的锂离子电池可能会导致碳阳极镀锂金属，并可能形成灾难性的锂枝晶短路。
锂金属阳极有可能克服这些问题，因为锂金属实际上不是电镀问题，而是阳极，而且锂金属阳极可以实现更高能量密度的电池，从而提高电动汽车的续航里程。
然而，迄今为止，锂金属阳极的充电速率仍然受到锂枝晶短路的形成的限制。
马里兰能源创新研究所 (MEI2) 所长、马里兰大学 (UMD) 特聘教授 Eric Wachsman 博士和他的研究团队开发了一种单相混合离子和电子导电 (MIEC) 石榴石材料，当这种材料与他们之前开发的三维结构相结合时，不仅实现了能源部的锂循环快速充电目标，而且还超出了该目标 10 倍。
图片来源：马里兰大学 A. James Clark 工程学院
MIEC 石榴石的多孔结构有助于减轻固体电解质 (SE) 上的应力在循环过程中，通过将电势均匀地分布在整个表面上，从而防止可能诱发枝晶形成的局部热点。
这种变革性的材料和结构是一个巨大的突破，将对电动汽车和其他应用产生影响。所显示的图片展示了这项工作的变革性。
锂循环速率（X 轴）、每次循环的锂量（圆直径）和累积锂循环（Y 轴）远远超过了 DOE 快速充电目标的电流密度、每循环面积容量和累积容量，在室温下，不施加压力。凭借这种锂循环能力，电动汽车将能够在 10 年内每天进行 100% 深度的放电循环，远远超出任何预期的电动汽车寿命/保修要求。
ACCESS 阿贡国家实验室首席科学家、芝加哥大学普利兹克分子工程学院教授 Y. Shirley Meng 博士表示：“Wachsman 和团队在这项工作中展示了锂金属负极的卓越倍率性能，这是通过创新的3D设计和独特的架构可以实现这样的性能。这种方法为下一代高能充电电池的设计开辟了新的范例。”
“在我研究固体离子导电材料的 35 年中，这是我第一次在科学文献中看到能够在室温下以高达 100 mA/cm 2 的电流密度在固体陶瓷上循环离子， Wachsman 说。这种高倍率无枝晶锂金属在 3D MIEC 结构中的成功演示预计将刺激实用“无锂”阳极固态电池的开发。
“可逆高倍率锂金属阳极是具有竞争力的固态电池的关键挑战之一。埃里克·瓦克斯曼（Eric Wachsman）和他的团队所报告的高电流密度的演示可能会改变游戏规则。” 吉森贾斯特斯·李比希大学材料研究中心主任 Jürgen Janek 博士断言。
发表在Nature Materials上的论文“Extreme Lithium-Metal Cycling Enabled by a Mixed-Ion-Electron-Conducting (MIEC) Garnet 3D-Architecture”可在以下网址找到：https ://doi.org/10.1038/s41563-023 -01627-9
Demi Xia编译
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