参考消息网11月4日报道 据美国《科学日报》网站10月28日报道，韩国研究人员开发出一项新技术，有望制造出更小、更轻的电动汽车电池，延长单次充电后的续航里程。

韩国科学技术院的科学家找到了一种方法，有望解决无负极电池的一大弱点。无负极电池去掉了石墨等传统材料，以减小电池尺寸和重量。尽管此类电池可在更小空间内储存更多能量，但其寿命往往受限于充电过程中形成的尖锐锂沉积结构。

研究人员通过借鉴半导体行业的精密制造工艺，使锂能够更均匀地沉积，同时促进形成一层耐久的保护层，从而解决这一问题。

传统锂离子电池充电时，锂储存在由石墨等材料制成的负极里。无负极电池的运作方式则不同。它们不依赖单独的负极材料，而是让锂直接沉积在一层薄薄的铜箔上。

没有传统的负极，就省去了原本会增加电池整体重量和厚度的材料。由此，相同空间内储存更多能量成为可能，电动汽车有望在不增大或加重电池包的情况下延长续航。

然而，这一前景广阔的设计存在一个严重缺陷。随着电池反复充放电，锂并不总是均匀沉积在铜表面，而是可能聚集成树枝状或针状的突起结构，即所谓的“锂枝晶”。

这些结构会干扰电池性能，包裹锂的保护层也可能变得不稳定。这些问题共同导致电池更快劣化，因而寿命有限成为无负极电池大规模商业化的一大障碍。

此前解决这一问题的尝试包括：额外补充锂，以弥补运行中损失的锂，或给电极覆盖更厚的保护涂层。这些方法虽然有助于补偿劣化或保护表面，但也会引入额外材料，由此带来的厚度和重量增加抵消了无负极电池技术的主要优势。

韩国科学技术院领衔的研究团队并未添加大量材料，而是把重点放在了改变锂沉积的铜箔结构上。

研究人员在铜表面制作了排列精密的微管图案。该思路好比将一个大停车场划分成许多独立的车位。这些微小结构防止了锂在某些区域的不均匀聚集，为其提供了更均匀分布的沉积位置。

为制造这一结构，团队改进了一种名为二次溅射光刻(SSL)的半导体制造技术。该工艺能够以高精度打造极小的结构。

每个微管直径约300纳米、高约150纳米。尽管尺寸微小，这一结构却将铜箔可供锂沉积的表面积扩大到普通平面铜箔的约四倍。

表面积扩大有助于锂更均匀地分布，减少集中堆积可能导致的破坏性锂枝晶。这种方法无需大量额外材料，便可改善稳定沉积锂的条件。

研究人员更进一步，在铜箔上涂覆了一层二维材料MXene。涂层厚度约为10纳米，仅相当于人类头发丝直径的几千分之一。

MXene本身并非电池的最终保护屏障，而是作为基底，促使电池在运行过程中形成更牢固的保护层。如同为刷漆做铺垫的底漆，它有助于富集所需成分，形成稳定涂层。

在实验所用的六氟磷酸锂(LiPF6)基电解液中，MXene表面会促进形成富含氟化锂(LiF)的保护层。

该保护层有助于限制锂与电解液之间不必要的化学反应，同时抑制破坏性锂枝晶的生长。通过稳定电极表面，它解决了导致无负极电池劣化的两个重要因素。

为理解保护层如何形成，科学家在严格控制空气暴露的条件下观测了电极表面和内部横截面。观察证实，纳米级保护层沿MXene表面均匀形成，相关观察结果还阐释了其形成机理。

韩国科学技术院的研究人员表示，该研究表明，半导体制造中使用的超精细加工技术，可在不改变电解液整体配方、不添加过量锂的情况下，构建均匀的锂沉积位点，并形成稳定的保护层。

同时，他们还解释称，这些发现或有助于加速高能无负极电池的商业开发。该技术在尽可能控制额外重量和体积的同时改善电池寿命，可为未来电动汽车开发更紧凑的储能系统提供技术支撑。

韩国科学技术院的这一研究结果于9月1日在线发表于国际期刊《先进功能材料》。（编译/文怡）