今天小編分享的科學經驗：锂電池防炸成果登Nature封面，UCLA華人團隊出品，歡迎閱讀。
今天，一篇關于锂金屬電池的研究登上 Nature 封面。
來自加州大學洛杉矶分校（UCLA）的華人團隊，開發了一種防止金屬锂快速形成腐蝕層的方法。
在該技術下，锂原子結構會形成一種此前從未被科學家觀測過的形狀：
菱形十二面體。
有點兒像《龍與地下城》遊戲中用到的骰子。
——如此清晰又具體的呈現形式意味着，我們可以改造現有的锂金屬電池構造，從而降低其爆炸風險，解決目前最擔憂的安全問題。
評價稱，這将可能對高性能能源技術產生重大影響。
具體怎麼說？
首次揭示锂原子真實形狀
我們知道锂電池，可分為锂離子電池和锂金屬電池。
前者已廣泛用于我們的手機、電動汽車以及太陽能和風能存儲等場景。
後者的存儲能力是前者的兩倍，但還未得到廣泛開發和采用。一個原因是它有着更大的着火甚至爆炸風險。
具體而言，在微觀尺度上，锂離子電池将帶正電的锂原子存儲在覆蓋電極的 " 籠狀 "碳結構中。
相比之下，锂金屬電池在電極上塗有金屬锂，通過金屬锂的腐蝕或叫氧化來產生電能。
與锂離子電池相比，它在相同的空間中容納的锂多了 10 倍，性能提升的同時危險系數也增加——
這主要是指在充電時，我們需要在陽極對锂金屬進行 " 重整 "，但這一過程受到電池電解質和集電器的影響，導致锂沉積物的形狀發生不可預測的變化。
比如，它們可能會形成具有突出尖刺的微觀分支細絲，一旦其中兩個尖峰交叉，就會導致短路，那爆炸也就随之而來了。
在這裡，研究人員想要找到一種趕在腐蝕層形成之前完成沉積锂的方法，以便觀察在沒有這一層薄膜的情況下，锂是如何生長的。
為此他們開發了一種防腐蝕方法，即用一個比正常規模小得多的電極通電，讓電更快地排出來，來達到上面的目标。
舉個例子，這這個方法的原理就像我們澆水時把軟管噴嘴用手指堵住一部分後，噴水會更有勁兒一樣。
當然，作者表示，整個過程要達到一種平衡，因為如果速度過快也會導致同樣的尖峰結構出現，從而導致短路。
而通過調整微型電極的形狀，就可以解決這個問題。
接下來，他們使用四種不同的電解質将锂沉積在電極表面上，并用冷凍電鏡進行觀察。
最終，沒有采用該防腐蝕技術的锂形成了四種不同的微觀形狀：
而采用了的這些樣本，被研究人員觀察到了非常令人驚訝的結果：
所有四種情況下，锂原子都形成了微小的十二面體結構，它們的長度全都不超過 2 微米，或者說也就跟細菌的平均直徑差不多。
真實影像則分别長這樣：
作者表示，之前已有數千篇锂金屬論文都對其結構進行了研究，但最終得到的都是一些模糊的描述，比如 " 塊狀 " 或 " 柱狀 "。
他們這項成果，等于終于看到了一個比較清晰的結構，而這還與基于金屬晶體結構的理論預測相匹配。
這意味着锂原子是以有序而不是縱橫交錯、亂七八糟的形式疊在一起，這樣，爆炸的風險就小了很多。
好消息是，目前在将金、鉑和銀等金屬合成為納米立方體、納米球和納米棒等形狀這一研究領網域，相關科學家和工程師們已經進行了二十多年的研究。
因此，接下來的問題就變成了：
我們知道了锂金屬電池中的安全形狀，能否照着它對現有結構進行調整（讓它形成如上的立方體，并能夠進行密集疊裝），最終提高這類電池的安全性和性能呢？
作者介紹
本文一作為 UCLA 化學和生物分子工程助理教授 Yuzhang Li。他本科畢業于 UC 伯克利，博士畢業于斯坦福大學材料科學與工程專業。
通訊作者為 UCLA 微晶電子衍射（MicroED）技術方面的首席科學家 Matthew Mecklenburg。
另外兩位合著者都為華人：
一位是 UCLA 化學工程博士在讀生 Xintong Yuan，她本碩分别畢業于四川大學和天津大學。
另一位也是來自一作 Yuzhang Li 教授實驗室的學生，名為 Bo Liu。
論文地址：
https://www.nature.com/nature/volumes/620/issues/7972
參考鏈接：
https://phys.org/news/2023-08-true-lithium-revealed.html
