鋰電池在使用過程中會產(chǎn)生枝晶，枝晶斷裂不僅會導致電池容量衰減，壽命打折，還可能刺透隔膜使電池短路起火引發(fā)安全問題。南開大學梁嘉杰、陳永勝教授課題組與江蘇師范大學賴超課題組合作提出了解決這一問題的新優(yōu)化策略，成功制備了具有多級結構的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負載金屬鋰作為復合負極材料。這一載體可抑制鋰枝晶產(chǎn)生，從而可實現(xiàn)電池超高速充電，有望大幅延長鋰電池“壽命”。

近年來，世界各國有不少相關研究在鋰負極材料的設計合成上取得重要突破，但至今仍無法抑制金屬鋰在大電流密度充放電下枝晶產(chǎn)生以及電極體積膨脹的問題，因此鋰電池的長壽命、大容量“快充快放”依然難以逾越。

“把金屬鋰沉積到具有三維網(wǎng)絡結構的多孔集流體中構建金屬鋰復合負極材料，是目前解決上述困難的有效途徑之一。”梁嘉杰介紹說。基于此認識，課題組首次提出實現(xiàn)超高電流密度及超長循環(huán)壽命的理想金屬鋰負極三維載體材料選擇及優(yōu)化策略。他們利用石墨烯宏觀體三維網(wǎng)絡作為機械骨架，銀納米線二維網(wǎng)絡作為導電結構，通過低成本、與工業(yè)化生產(chǎn)相兼容的涂布—冷干法，制備具有多級結構的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負載金屬鋰作為金屬鋰復合負極材料。

經(jīng)測試，該金屬鋰復合負極材料的比容量可達2573mAh/g；對稱電池測試中，首次實現(xiàn)了在極高電流密度40mAh/cm2下反復充放電1000周以上，并且過電勢低于120毫伏。通過電鏡觀察可以看到，該多級三維結構載體即使在極大電流充放電的循環(huán)條件下，仍能成功抑制金屬鋰負極中鋰枝晶生長以及電極體積變化。利用所有這些抽象的數(shù)字和圖表，在太陽能路燈的特定情況下，很難完全掌握鉛和鋰電池之間的差異的影響。讓我們用一個案例研究來關注鋰電池對太陽能路燈性能和成本的影響。考慮我們配置100Wp太陽能電池板，20W光源和1400Wh鋰電池。我們希望將電池使用2000個周期（5，5年），因此DoD不應大于80％。這意味著有效電池容量為1400Wh * 80％= 1120Wh。因此，電池可以為燈具供電1120Wh / 20W = 56小時。該系統(tǒng)中的電池成本約為800歐元，可以安裝在色譜柱內(nèi)（地上或地下）。如果我們想使用深循環(huán)GEL電池，我們需要一個130Wp的太陽能電池板來補償周轉周期效率。采用深循環(huán)GEL電池，太陽能電池板的成本約為200歐元。此外，如果我們想要相同的2000周期壽命，我們應該使用30％的DOD作為電池。這導致3700Wh的電池，在相同的有效容量和壽命下比鋰電池大2.7倍。如果我們正在尋找質(zhì)量好的電池。這已經(jīng)比鋰電池貴了，但這不是一切。由于尺寸較大，我們無法將鉛電池放入色譜柱內(nèi)，所以我們需要增加一個可以裝上電池的額外地下容器。。那么，為什么鉛電池通?？雌饋砀阋四?？答案很簡單; 在我們的示例中，我們將高品質(zhì)鋰電池與可比較的高品質(zhì)深循環(huán)電池進行了比較，具有相同的使用壽命和對周轉周期效率的補償。然而，大多數(shù)競爭對手提供更小的鉛電池 - 在這種情況下大約2400Wh。這意味著電池必須經(jīng)常更換2.7倍，此外，競爭對手不會補償周轉周期效率，這會導致燈具可用的電力減少。所有這些都導致初始價格降低，因此，盡管鋰電池的前期成本略高，但考慮到壽命和性能，真正的擁有成本遠遠低于鉛酸。這就是為什么我們只使用鋰; 我們寧愿收取路燈，而不是我們的客戶。在云南太陽能路燈市場中，云南太陽能路燈價格參差不齊，在云南太陽能路燈價格體系中尋求價格實惠，質(zhì)量保證的產(chǎn)品，才能更好的服務廣大人們?nèi)罕姟?/span>