一篇新的论文展示了改善用于电池阳极中的软金属的纹理大大提高了性能。研究小组在锂金属和电流收集器之间添加了一层薄薄的硅，以创造理想的晶粒取向。
为了创造电动汽车、移动设备和可再生能源储存所需的新电池，研究人员探索了新材料、新设计、新配置和新化学。
但是有一个方面——所用金属的纹理——在历史上被忽视。
“像锂和钠这样的软金属在作为电池的负极方面具有卓越的性能，锂被认为是未来高能可充电电池的终极阳极材料，”芝加哥大学分子工程的肖瑞莉·孟教授表示。“我们对晶粒取向的理解存在差距，也就是说，纹理如何影响可充电金属电池的性能。”
孟教授的能源储存与转换实验室以及行业合作伙伴赛默飞世尔科技公司的一项新论文打破了这一障碍，证明改善金属的纹理大大提高了性能。
该研究今天发表在期刊《Joule》上。
“在我们的研究中，我们发现在锂金属和电流收集器之间添加一层薄硅有助于创造所需的纹理，”芝加哥大学的研究副教授张明浩表示，他是这项新工作的第一作者。“这一变化在使用锂金属的全固态电池中将电池的速率能力提高了近十倍。”
‘调整纹理’
电池阳极的理想纹理是原子可以沿表面平面快速移动的纹理。这种快速移动有助于电池更快地充电和放电。
“我们意识到软金属的表面能差异确实可以改变其纹理特征，”张说。“由于使用锂或钠金属的电池依赖于这些纹理以获得优良的速率能力，团队想知道调整软金属的纹理是否可以提高功率密度。”
研究这项内容需要跨越显微镜观察的障碍。为了研究材料，研究小组结合使用等离子体聚焦离子束扫描电子显微镜（PFIB-SEM）和电子背散射衍射（EBSD）映射。结合这两种技术能够以新的方式研究纹理。
“收集软金属的纹理信息具有挑战性，主要是由于访问感兴趣区域的困难和锂与钠金属的反应性，”研究的共同作者赵刘表示，他是赛默飞世尔科技公司的高级市场开发经理，该公司是芝加哥大学能源转型网络的创始成员。“PFIB-EBSD组合非常适合这项研究，因为PFIB能够有效访问电池堆内的感兴趣区域，产生高质量且缺陷最小的表面，而EBSD则提供软金属详细的纹理信息。”
该团队已与LG能源解决方案的前沿研究实验室合作，后者将致力于将该技术商业化。
“LG能源解决方案积极寻求研究合作，以在快速发展的电池市场中保持领先，”LG能源解决方案的高级研究员李正范表示。“随着电动汽车和能源储存的需求持续增长，我们认识到将我们的制造专业知识与大学的创新研究结合在一起，开发下一代电池技术的重要性。”
研究人员的下一个挑战是将测试过程中使用的压力从5兆帕（MPa）降低到1兆帕，这也是目前商业电池的行业标准。他们还计划研究纹理对钠的影响，孟教授长期以来一直研究钠作为锂的便宜、易得的替代品。
“因为我们现在了解软金属中的纹理形成，我们预测钠金属更倾向于具有纹理以快速原子扩散，”张说。“这意味着在全固态电池中使用钠作为电池阳极可能会在未来的能源储存中带来重大突破。”
