电动汽车对于实现可持续和节能的未来至关重要，但电动汽车的局限性之一是缺乏持久的高能量密度电池来减少长途旅行中的燃料需求。与此同时，在停电或电网故障的情况下，家庭在日常生活中也面临着这一挑战。目前，市场上没有一种小型高效的电池可以在没有电的情况下为家庭供电一晚以上。下一代锂离子电池将是一种重量轻、寿命长、成本低的储能设备，可以为行业带来创新，但仍有许多挑战阻碍其商业化。
锂金属电池中树枝状生长的主要问题是，尽管可充电锂金属阳极在提高新型锂电池的性能方面发挥着关键作用，但它们在充电和放电过程中容易发生树枝状生长，这种微观结构会导致电池短路、起火，甚至爆炸。据外媒报道，当地时间11月4日，美国哥伦比亚大学工程学院报告称，他们发现钾离子等碱金属添加剂可以阻止这种锂枝晶在电池中的扩散。研究人员结合显微镜、核磁共振和计算模型发现，在传统锂电池电解质中添加少量钾盐可以在锂/电解质界面产生独特的化学反应。
利用核磁共振成像和计算机模拟来了解锂金属阳极表面分子的反应性和结构，该团队发现碱金属添加剂抑制了这种非导电化合物在锂金属表面的生长，这与传统的电解质操作方法不同，其专注于沉积在金属表面上的导电聚合物。这项研究首次使用核磁共振对锂金属表面进行了深入表征，并展示了该技术在设计新型锂金属电池电解质方面的能力。此外，卡内基梅隆大学机械工程系Viswanathan小组还与哥伦比亚大学合作，利用密度泛函理论计算结果补充了哥伦比亚大学的研究成果。研究人员表示“商用电解质是精心选择的分子的混合物，利用核磁共振和计算机模拟技术，我们最终可以了解这些独特的电解质配方是如何在分子水平上提高锂金属电池的性能的。这一发现最终为研究人员提供了优化电解质设计和实现稳定的电解质性能的工具锂金属电池，该团队正在测试可以防止在锂金属表面形成有害沉积物的碱金属添加剂，同时还测试了可以促进锂金属表面导电层生长的更传统的添加剂。此外，研究人员正在积极利用核磁共振技术直接测量锂离子通过表层的传输速率。
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