為了讓電動飛機真正起飛，讓電動汽車在兩次充電之間行駛更遠的距離，我們需要能夠儲存更多能量而又不會變得過於沉重的電池。 現在，德國的一個團隊已經展示了一種新的鋰金屬電池，其密度遠遠超過了重要的 500Wh/kg 基準，並且能夠在數百次迴圈中保持其效能。

從電動汽車到智慧手機，再到膝上型電腦，如今的鋰離子電池在維持現代世界運轉方面做得非常出色，但科學家們認為，透過對其結構的微調，還可以釋放出很多潛力。一種更有希望的可能性就是，用純鋰金屬替換電池電極中的石墨，這種材料可以容納多達10倍的能量。

因此，鋰金屬也被一些電池研究人員譽為“夢寐以求的材料”，很可能幫助我們突破儲能的關鍵瓶頸，但迄今為止穩定性問題一直困擾著該技術。 其中，大部分與攜帶鋰離子的電解質溶液與電池的兩個電極（陰極和陽極）之間的不良反應有關。

在致力於解決這個問題的眾多研究小組中，卡爾斯魯厄理工學院和烏爾姆亥姆霍茲研究所 （HIU） 的一個團隊提出了一種在很大程度上能迴避這個問題的設計。 研究人員從所謂的貧鈷富鎳層狀陰極 （NCM88） 和一種稱為 LP30 的市售有機電解質開始。當陰極達到高能量密度時，不穩定性很快就出現了，隨著電池的迴圈，儲存容量下降。

HIU的科學家解釋道：“在電解質LP30中，陰極上的顆粒會破裂。在這些裂縫中，電解質會發生反應並破壞結構。 此外，陽極上會形成一層厚厚的苔蘚狀含鋰層。”

因此，該團隊將LP30電解液換成了另一種電解液，這種電解液在效能上帶來了巨大的提升。作為一種非揮發性、易燃性差的雙陰離子-離子液體電解質（ILE），這種成分被證明在很大程度上避免了陰極的結構缺陷，並使電池免於致命的電化學反應。

實際上，在 ILE 的幫助下，顯著減少對富鎳陰極的結構修改。結果非常理想。採用這種架構的鋰金屬電池的能量密度為 560Wh/kg。

目前，很多研究機構都致力於突破 500Wh/kg 的能量密度閾值，以便為下一代電動汽車提供動力，而當今一流的鋰離子電池的能量密度僅為 250至300 Wh/kg 。

今年早些時候，曾經報道過一種創紀錄的鋰金屬電池，其能量密度為 350 Wh/kg，在 600 次迴圈後仍保持其容量的76%。 在壽命方面，新的鋰金屬電池設計也表現出色，從正極材料的初始儲存容量 214 mAh/g 開始，在 1000 次迴圈中保持 88% 的容量。

上圖：圖表描述了新開發的鋰金屬電池的效能。

新型鋰金屬電池被證明非常有能力的另一個領域，就是它的庫侖效率，這涉及鋰離子在陽極和陰極之間轉移的效率。充電100個鋰離子，然後放電後取回100個，庫侖效率為100%，而商用電池至少需要99。9%的效率才可行。這種新型鋰金屬電池的發明者稱其平均庫侖效率為99。94%。

要將實驗室規模電池的這些有希望的成果轉化為現實世界，還有很多工作要做，但提供如此高能量密度的穩定電池可能會改變電動交通領域的遊戲規則。例如，電動飛機受到當今電池能量密度的嚴重限制，因此只能覆蓋相對較短的距離。電動汽車的續航里程有限可以透過擴大充電基礎設施來解決，但這種電池的高能量重量比可以使它們行駛很遠的距離，並在很大程度上消除所謂的續航里程焦慮。

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