告別電池電量焦慮不再遙遠(yuǎn)
來源：環(huán)球網(wǎng) 時間：2026-03-23 15:17
你是否想過，為何“飛行汽車”的概念提出已久，卻遲遲無法真正“飛入”尋常百姓家？一個關(guān)鍵瓶頸，藏在它的“心臟”——電池里面。起飛時需要瞬間爆發(fā)出超高功率，長途巡航又要求容量大、續(xù)航長，還得足夠輕盈——這些幾乎苛刻的要求，最終都指向一個關(guān)鍵指標(biāo)：能量密度。有沒有一種電池，能同時滿足這些看似矛盾的需求？這個構(gòu)想正接近現(xiàn)實。記者日前從西湖大學(xué)獲悉，該校工學(xué)院特聘研究員王建輝團(tuán)隊，用五年半時間讓不可能有望成為可能。
王建輝介紹，故事要從鋰電池的“家族病史”說起。目前商用電池的能量密度約在30至250Wh/kg，而飛行汽車?yán)硐氲拈T檻是400Wh/kg以上?，F(xiàn)實是，高能量密度的電池往往太貴或壽命太短，讓這個概念至今停留在試運(yùn)行階段?！岸囯姵赜袃蓷l技術(shù)路線：一條是直接用鋰金屬做負(fù)極，能量密度能輕松突破500Wh/kg。但鋰金屬有個壞毛病——充電時，鋰離子跑到負(fù)極，會像長樹枝一樣堆出雜亂無章的‘枝晶’，這些‘枝晶’可能刺穿電池內(nèi)部隔膜引發(fā)起火，還會不斷消耗鋰離子，導(dǎo)致電池壽命驟減。這條路在20世紀(jì)80年代就被擱置了。”“另一條就是我們熟悉的鋰離子電池，它給鋰離子找了個‘宿主’——石墨。石墨像一棟擁有許多小公寓的大樓，鋰離子在樓里進(jìn)進(jìn)出出，安全又穩(wěn)定。但石墨本身又重又占地方，能量密度做到280Wh/kg已是理論極限?！蓖踅ㄝx說。
于是全球科學(xué)家將目光重新投向擁有極高能量密度的鋰金屬電池，還設(shè)計出一個更完美的版本：無負(fù)極鋰金屬電池。它制造時干脆連鋰金屬負(fù)極都不裝了，只剩一塊光禿禿的銅箔。沒有預(yù)裝的鋰，成本更低、更安全；沒有笨重的石墨，能量密度更高。
“聽起來很好，可它一直并不被行業(yè)看好，因為有個致命缺陷：循環(huán)壽命極短。首次充電時，鋰離子要在銅箔上‘從零開始’沉積生長。如果銅箔表面只有少數(shù)幾個點能落腳，鋰離子就會往那幾個點擠，堆出幾根大‘枝晶’。更糟的是，無負(fù)極電池的鋰全部來自正極，總量固定。一旦形成‘枝晶’，就會陷入惡性循環(huán)，用不了幾次，鋰就耗光了。”論文第一作者、西湖大學(xué)博士后劉磊說。
團(tuán)隊要解決的，正是這個核心難題。他們創(chuàng)新研制出一種“穿梭耦合電解液”，讓鋰離子可以在銅箔表面實現(xiàn)高度可逆的“平面沉積和溶解”。想象這個畫面：所有的鋰金屬晶粒像緊密堆疊的氣球，充電時同步向上膨脹，放電時同步向下收縮，留下一個交聯(lián)的網(wǎng)格陣列。再充電時，網(wǎng)格的中心優(yōu)先沉積——“枝晶”消失了，副反應(yīng)大幅減少。
團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，這種電解液能在負(fù)極表面形成一層約8納米厚的均勻“皮膚”，既能均勻通過鋰離子，又能適應(yīng)鋰金屬的膨脹收縮而不破裂?！斑@層皮膚的形成還有個意外發(fā)現(xiàn)：它不只是負(fù)極的功勞，還是電解液釋放的中間體在正負(fù)極之間來回穿梭、協(xié)同反應(yīng)的結(jié)果。團(tuán)隊將這種機(jī)制命名為‘穿梭耦合’，它突破了傳統(tǒng)電解液的界面化學(xué)理論。”王建輝表示。
最終，這項研究讓無負(fù)極鋰金屬軟包電池的能量密度達(dá)到508Wh/kg，80%放電深度下穩(wěn)定充放電循環(huán)突破350次，還能在零下40℃到60℃的寬溫域工作，成本反而比商用鋰離子電池降低15%到25%。
“一個告別電量焦慮的電池時代，或許就在不遠(yuǎn)的將來。那時，飛行汽車或許真能輕盈地跨城飛行，電動汽車?yán)m(xù)航翻倍，AR眼鏡也能做得更薄。”王建輝說。
責(zé)任編輯：江蓬新
