可再充電電池為像智能手機(jī)之類的設(shè)備供電，而像電動(dòng)汽車之類的設(shè)備供電，這是消費(fèi)者熟悉的技術(shù)。然而，隨著研究人員努力提高可充電電池的效率和壽命，電池研究領(lǐng)域的工作仍在繼續(xù)。先進(jìn)的鋰離子電池可提供快速充電，但功率密度較低。因此，研究集中在優(yōu)化電池陽(yáng)極，陰極，電解質(zhì)，甚至用其他金屬（如鈉）代替鋰本身。
自1960年代和1970年代以來(lái)，對(duì)這些替代品中的鋰金屬電池進(jìn)行了研究。鋰金屬電池本質(zhì)上比鋰離子電池具有更高的能量密度，但是據(jù)加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院教授Shirley Meng稱，許多技術(shù)挑戰(zhàn)阻礙了其商業(yè)化。
挑戰(zhàn)之一是，每當(dāng)鋰金屬電池放電時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）上就會(huì)存在惰性鋰。在數(shù)個(gè)循環(huán)中，電池會(huì)形成大量的惰性鋰，從而失去充電能力。多年來(lái)，研究人員一直認(rèn)為，鋰金屬被SEI阻止了其傳導(dǎo)途徑，并且SEI中形成的鋰離子化合物也導(dǎo)致了鋰的失活。
孟小剛的應(yīng)屆畢業(yè)生方成城已經(jīng)證明，真正的罪魁禍?zhǔn)资墙饘黉嚒榇?，F(xiàn)ang開發(fā)了一種基于氣相色譜的工具，該工具首次使研究人員能夠測(cè)量多少惰性鋰金屬形式與鋰離子化合物的形成。研究人員發(fā)現(xiàn)，金屬鋰的存在量與庫(kù)侖效率損失之間存在線性關(guān)系。
“在[我們的工作]之前，整個(gè)領(lǐng)域都不知道[SEI]容量損失的定量貢獻(xiàn)。文獻(xiàn)中的說(shuō)法僅是假設(shè)，”方說(shuō)。“由于SEI的表面積大且易于檢測(cè)，因此研究人員將容量損失歸咎于SEI的形成?！?/p>
然而，他們的發(fā)現(xiàn)對(duì)這一假設(shè)提出了質(zhì)疑，并表明金屬鋰是惰性鋰的主要成分。
確定正確的罪魁禍?zhǔn)?/p>
研究人員的新穎工具結(jié)合了滴定和氣相色譜法來(lái)研究電池系統(tǒng)。他們利用了SEI鋰離子化合物和金屬鋰之間的主要區(qū)別是它們的化學(xué)反應(yīng)性這一事實(shí)。他們知道只有金屬鋰才能與水反應(yīng)生成氫氣，因此他們將H 2 O 添加到樣品中以通過(guò)氣相色譜法測(cè)量氫氣的生成。
