并且由于電池內(nèi)部含有高度易燃的液體電解質(zhì)，可能會短路甚至起火。用鋰金屬代替鋰離子電池中使用的石墨陽極，可以提高能量密度：鋰金屬的理論充電容量比石墨高近10倍。但在電鍍鋰的過程中，樹突往往會形成，如果它們穿透電池中間的隔膜，就會造成短路，引發(fā)人們對電池安全的擔(dān)憂。研團(tuán)隊決定專注于固體陶瓷電解質(zhì)，與傳統(tǒng)的鋰離子電池中的易燃電解質(zhì)相比，它們在提高安全性和能量密度方面顯示出巨大的潛力。對可充電固態(tài)鋰電池特別感興趣，因為它們是下一代能源存儲的有前景的候選產(chǎn)品，大多數(shù)固體電解質(zhì)是陶瓷的，因此不易燃，消除了安全隱患。

一種人造氮化硼(BN)薄膜在化學(xué)和機(jī)械上都能抵抗鋰，它通過電子方式將磷酸鋁鈦鋰(LATP)與鋰隔離，但在被聚氧乙烯(PEO)滲透時仍能提供穩(wěn)定的離子通道，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)。

此外，固體陶瓷電解質(zhì)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，實際上可以抑制鋰枝晶的生長，使鋰金屬成為電池陽極的涂層選擇。然而，大多數(shù)固體電解質(zhì)對鋰離子不穩(wěn)定，易被金屬鋰腐蝕，不能用于電池。該論文的第一作者、應(yīng)用物理和應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)系博士后科學(xué)家錢成(音譯)說：鋰金屬對于提高能量密度是不可缺少的，所以我們能夠?qū)⑺米鞴腆w電解質(zhì)的陽極至關(guān)重要。為了使這些不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)適應(yīng)實際應(yīng)用，需要開發(fā)一個化學(xué)和機(jī)械上穩(wěn)定界面來保護(hù)這些固體電解質(zhì)免受鋰陽極的傷害。

為了運輸鋰離子，界面不僅要具有高度的電子絕緣性，而且還要具有離子導(dǎo)電性，這是至關(guān)重要的。此外，該接口必須超薄，以避免降低電池的能量密度。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊與布魯克海文國家實驗室(BrookhavenNationalLab)和紐約城市大學(xué)(CityUniversityofNewYork)同事合作。沉積了5~10nm的氮化硼(BN)納米膜作為保護(hù)層，隔離金屬鋰與離子導(dǎo)體(固態(tài)電解質(zhì))之間的電接觸，并加入少量聚合物或液體電解質(zhì)滲入電極/電解質(zhì)界面。選擇BN作為保護(hù)層，因為它在化學(xué)和機(jī)械上與金屬鋰穩(wěn)定，提供了高度的電子絕緣。設(shè)計氮化硼層具有內(nèi)在缺陷，鋰離子可以通過它，使它成為一個優(yōu)秀的分離器。