近日，由康奈爾大學院長兼工程學教授林登·阿徹（Lynden Archer）領導的一組研究人員，宣布已經(jīng)找到了一種更具成本效益的新型材料——鋁或鋅作為負極的電化學電池，且已經(jīng)證明，結(jié)合鋁的新技術可產(chǎn)生可提供多達10,000次無錯誤循環(huán)的可充電電池。

　　于4月6日在 Nature Energy 發(fā)表了題為《利用界面金屬基板結(jié)合調(diào)節(jié)高容量鋁和鋅電池陽極的電沉積形態(tài)》“Regulating electrodeposition morphology in high-capacity aluminium and zinc battery anodes using interfacial metal–substrate bonding” 的論文。

　　值得一提的是，該論文的第一作者是一位中國科學家——麻省理工學院（MIT）物理系博士后鄭景旭。本科畢業(yè)于上海交通大學的他，曾在大三的時候，就因已收獲了17篇SCI論文（其中12篇一作）而備受關注，2019年康奈爾大學博士在讀時以第一作者身份在《Science》上發(fā)表論文。

　　解決了高容量鋁合金電池枝晶生長問題

　　此前高容量鋁合金電池中存在嚴重的枝晶生長問題，這會導致電池短路、容量衰減等問題。

　　鄭景旭和合作者，通過設計基底的幾何結(jié)構和表面化學，以及誘導鋁金屬負極均勻沉積，可讓鋁合金電池在高電流、高容量的循環(huán)條件下，避免枝晶生長。

　　鋁陽極在傳統(tǒng)基質(zhì)上表現(xiàn)出異質(zhì)生長的傾向

　　與此同時，在碳纖維基底表面上，金屬鋁會形成“鋁–氧–碳”鍵，借此形成高度均勻的沉積層，最終可讓金屬陽極具備 99% 以上的高度可逆性、和長達 3600h 的循環(huán)穩(wěn)定性。

　　這種金屬與圖案化基底相結(jié)合的方法，還可拓展到金屬鋅陽極，并讓其也實現(xiàn)高可逆性。

　　鋁具有更高的能量存儲能力

　　鋁的優(yōu)點之一是它在地殼中含量豐富，三價且輕質(zhì)，因此比許多其他金屬具有更高的能量存儲能力。

　　但是，鋁很難集成到電池的電極中。因為它與玻璃纖維隔板發(fā)生化學反應，如果使用玻璃纖維隔板將陽極和陰極物理分隔開，由于化學反應從而導致電池短路并發(fā)生故障。

　　研究人員的解決方案是設計一種交織碳纖維基材，該基材與鋁形成更牢固的化學鍵。當電池充電時，鋁通過共價鍵合沉積到碳結(jié)構中，即鋁和碳原子之間的電子對共享。

　　盡管傳統(tǒng)可充電電池中的電極只有二維，但此技術使用的是三維（或非平面）結(jié)構，可以形成更深、更一致的鋁層，并且可以對其進行精細控制。

　　在實際條件下，鋁陽極電池可逆充電和放電的次數(shù)比其他鋁可充電電池多一個或多個數(shù)量級。

　　概括來說，該方法主要利用化學驅(qū)動力，來促使鋁元素均勻沉積到 3D 結(jié)構的空隙中。并且，這種新型電極具備更高的厚度，相比其他電極反應速度也快得多。

　　把新電極搭載到電池上，他開發(fā)出一款循環(huán)壽命高達 10000 次、且沒有任何失效跡象的新型可充電裝置。

　　更多詳細研究請點擊原文：《Regulating electrodeposition morphology in high-capacity aluminium and zinc battery anodes using interfacial metal–substrate bonding》查看。