天津大學合作清華大學研髮蠟-PEO塗層 可製成防水/空氣穩定的鋰金屬陽極

蓋世汽車訊 據外媒報道，天津大學楊全紅教授與清華大學呂偉教授領導的一支研發團隊通過簡單的浸塗法，在鋰金屬表面製備了一種蠟-PEO（等離子體電解氧化）塗層，從而製成了一種空氣穩定且防水的鋰金屬陽極。蠟作為一種常用的惰性密封材料，很容易就可塗覆在鋰金屬表面。

（圖片來源：中國科學）

鋰金屬陽極具高比容量、低電位以及輕質量等特性，可有效提高電池的能量密度，即改用鋰金屬陽極將顯著提升電動汽車的續航里程，以及降低用於電網能量存儲的電池成本。但是，由於鋰具有高化學活性，容易導致枝晶生長和空氣不穩定，從而引發安全問題，因此限制其作為電極材料，得到大規模應用。

鋰金屬對空氣中的水分和氧化成分非常敏感，會導致其表面產生氫氧化鋰等絕緣性物質，即導致其電化學性能惡化。此外，當鋰與水接觸時，會產生氫氣和熱量，從而可能會引發起火或爆炸。而鋰金屬的此種敏感性對於鋰金屬陽極的運輸、存儲和加工都提出了更高的要求。因此，迫切需要研發出一種空氣穩定，且能夠防水的鋰金屬陽極，以讓未來鋰金屬陽極能夠真正得到應用。

在電子設備領域，利用包裝技術，可以保護電子元件免受潮濕空氣和水的物理傷害和腐蝕，這也為如何保護鋰金屬提供了設計思路。

研究人員研發的蠟基複合塗層可防止鋰金屬在空氣和水中產生不良反應。在電池中，此類塗層減緩了電解液對鋰金屬陽極表面的腐蝕；而均勻分布的PEO確保了鋰離子在界面上能夠均勻導電，抑制了鋰枝晶的生長。

在蠟-PEO塗層的保護下，鋰金屬表面在相對濕度為70%的空氣中，24小時內都沒有發生變化，高比容量保留率為85%。而且即使其與水直接接觸，也沒有起火燃燒或者容量出現衰減。鋰金屬陽極塗覆了該塗層後，在對稱電池中，在長達500個小時的時間內都保持了穩定性，並且由塗覆了該塗層的鋰金屬陽極製成的鋰硫電池在300次充放電循環中，每次循環後，該電池容量衰減率低至0.075%。

此次研究演示了一種用於空氣穩定和防水鋰金屬陽極的高效封裝技術，該技術易於擴展，且適用於其他敏感型電極材料。

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