韩国的研究人员开发了一项新技术，这项技术可能导致更小、更轻的电动车（EV）电池，能够在单次充电中提供更长的驾驶续航。KAIST的科学家们找到了一种解决无阳极电池主要缺陷的方法，该电池去除了常规材料如石墨，以减少电池的大小和重量。尽管这些电池可以在更小的空间内存储更多能量，但它们的使用寿命通常受到充电过程中形成锐利锂结构的限制。研究人员通过调整半导体行业的精密制造技术解决了这个问题，使锂能更均匀地积累，同时促进了耐用保护层的形成。KAIST（院长裴忠锡）于9月22日宣布了这一突破，由该校化学与生物分子工程系的李真宇教授和郑熙泰教授领导的合作团队提出。该项目还涉及来自庆北国立大学（院长许永宇）和国家纳米制造中心（院长朴兴洙）的科学家们。通过应用传统上用于制造半导体设备的极其精确的制造方法，研究人员开发了一种延长无阳极电池使用寿命的方法，而不显著增加其大小或重量。无阳极电池为何能改变电动车产业 在常规锂离子电池中，锂在充电时存储在由石墨等材料制成的阳极中。无阳极电池的工作方式则不同。它们不依赖于单独的阳极材料，而是允许锂直接积聚在一层薄薄的铜箔上。去除常规阳极消除了本来会影响电池总体重量和厚度的材料。这使得在相同数量的空间内存储更多能量成为可能，可能让电动车在不需要更大型或重型电池组的情况下行驶更远。然而，这种有前景的设计也带来了一个严重的缺陷。当电池反复充电和放电时，锂并不总是均匀地分布在铜表面上。相反，它可能在称为树枝状或针状的结构中聚集。这些结构会干扰电池性能，同时围绕锂的保护层也可能变得不稳定。这些问题一起导致电池更快地退化，使得有限的使用寿命成为将无阳极电池广泛商业化的最大障碍之一。以往解决此问题的尝试包括补充额外的锂以替代在操作中损失的材料，或覆盖电极以更厚的保护涂层。尽管这些方法可以帮助补偿退化或保护表面，但它们也会引入额外的材料。 resulting厚度和重量的增加削弱了无阳极电池技术的主要优势。借用半导体技术防止锂尖峰 KAIST领导的团队并没有添加大量材料，而是集中精力改变积聚锂的铜箔结构。研究人员在铜表面创建了一个仔细排列的微观管道图案。这个概念类似于将一个大型停车场分成许多个独立空间。通过提供更均匀的锂沉积位置，细小的微观结构防止了锂在某些区域的不均匀聚集。为了制造这些特性，团队采用了一种称为二次溅射光刻（SSL）的半导体制造技术。该过程使得能够制造极其小的结构，且具有高的精度。每个管道的直径约为300纳米，高度为150纳米。尽管尺寸微小，这些结构将铜箔的可用表面积扩大到了普通平坦铜箔的四倍。这种扩展的表面有助于更均匀地分布锂，减少可能导致损害尖峰的集中堆积。这种方法改善了稳定锂沉积的条件，而不依赖于大量额外材料。超薄保护涂层帮助电池延长使用寿命 研究人员进一步在铜箔上涂覆了一层MXene，这是一种二维材料。该涂层约为10纳米厚，相当于仅为人类头发厚度的几千分之一。MXene并不作为电池的最终保护屏障，而是作为一个基础，促进在操作过程中形成更强的保护层。就像底漆为涂料准备表面一样，它帮助结合形成稳定涂层所需的成分。