你是否想过，为何“飞行汽车”的概想提出已久，却迟迟无法真正“飞入”寻常苍生家？一个关键瓶颈，藏在它的“心脏”——电池里面。腾飞时必要瞬间发作出超高功率，远程巡航又要求容量大、续航长，还得足够轻巧——这些险些刻薄的要求，最终都指向一个关键指标：能量密度。有没有一种电池，能同时满足这些看似矛盾的需要？这个构思正靠近现实。记者日前从西湖大学获悉，该校工学院特聘钻研员王建辉团队，用五年半功夫让不成能有望成为可能。
王建辉介绍，故事要从锂电池的“家族病史”说起。目前商用电池的能量密度约在30至250Wh/kg，而飞行汽陈讽想的门槛是400Wh/kg以上。现实是，高能量密度的电池往往太贵或寿命太短，让这个概想至今停顿在试运行阶段。“而锂电池有两条技术路线：一条是直接用锂金属做负极，能量密度能轻松突破500Wh/kg。但锂金属有个坏弊端——充电时，锂离子跑到负极，会像长树枝一样堆出杂乱无章的‘枝晶’，这些‘枝晶’可能刺穿电池内部隔阂引提议火，还会不休亏损锂离子，导致电池寿命骤减。这条路在20世纪80年代就被搁置了。”“另一条就是我们熟悉的锂离子电池，它给锂离子找了个‘宿主’——石墨。石墨像一栋占有很多幼公寓的大楼，锂离子在楼里进进出出，安全又不变。但石墨自身又沉又占处所，能量密度做到280Wh/kg已是理论极限。”王建辉说。
因而全球科学家将眼光沉新投向占有极高能量密度的锂金属电池，还设计出一个更美满的版本：无负极锂金属电池。它造作时索性连锂金属负极都不装了，只剩一块光溜溜的铜箔。没有预装的锂，成本更低、更安全；没有笨沉的石墨，能量密度更高。
“听起来很好，可它一向并不被行业看好，由于有个致命缺点：循环寿命极短。初次充电时，锂离子要在铜箔上‘从零起头’沉积成长。若是铜箔表表只有少数几个点能落脚，锂离子就会往那几个点挤，堆出几根大‘枝晶’。更糟的是，无负极电池的锂全数来自正极，总量固定。一旦形成‘枝晶’，就会陷入恶性循环，用不了几次，锂就耗光了。”论文第一作者、西湖大学博士后刘磊说。
团队要解决的，正是这个主题难题。他们创新研造出一种“穿梭耦合电解液”，让锂离子能够在铜箔表表实现高度可逆的“平面沉积和溶化”。设想这个画面：所有的锂金属晶粒像缜密堆叠的气球，充电时同步向上膨胀，放电时同步向下收缩，留下一个交联的网格阵列。再充电时，网格的中心优先沉积——“枝晶”隐没了，副反映大幅削减。
团队还发现，这种电解液能在负极表表形成一层约8纳米厚的均匀“皮肤”，既能均匀通过锂离子，又能适应锂金属的膨胀收缩而不分裂。“这层皮肤的形成还有个意表发现：它不只是负极的业绩，还是电解液开释的中央体在正负极之间来回穿梭、协同反映的了局。团队将这种机造定名为‘穿梭耦合’，它突破了传统电解液的界面化学理论。”王建辉暗示。
最终，这项钻研让无负极锂金属软包电池的能量密度达到508Wh/kg，80%放电深度下不变充放电循环突破350次，还能在零下40℃到60℃的宽温域工作，成本反而比商用锂离子电池降低15%到25%。
“一个握别电量焦虑的电池时期，或许就在不远的将来。那时，飞行汽车或许真能轻巧地跨城飞行，电动汽车续航翻倍，AR眼镜也能做得更薄。”王建辉说。
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