中美科学家联手带来锂电池新突破：添加“纳米金刚石”防止短路！

锂离子电池在移动设备上广泛应用于手机和笔记本电脑，它的寿命是目前商用电池寿命最长的一种，但由于移动设备的短路问题，最近出现了一系列的熔毁和火灾。为了防止更多的危险故障，德雷塞尔大学的研究人员开发了一种配方，可以将电解液，也就是大多数电池的关键成分转化为对保护电池相关灾难的化学过程。完整的研究报告发表于在《自然通讯》杂志上。在报告中，他们描述了一个过程，纳米钻石，即微小的钻石颗粒，比头发直径小1万倍可以减少电化学沉积，也是导致危险的锂离子电池短路的根源。

当电池被使用和充电时，电化学反应会导致电池两个电极之间的离子运动，这是电流的本质。随着时间的推移，这种离子的重新定位可以产生像卷须状的状态，就像在洞穴里形成的钟乳石。这些电池被称为树突，是锂电池故障的主要原因之一。随着时间的推移，当树突在电池内部形成时，它们可以到达通过隔膜的地方，这是一种多孔聚合物膜，可以防止电池的正电部分接触到带负电的部分。当分离器被破坏时，会发生短路，这也会导致火灾，因为大多数锂离子电池的电解质溶液是高度易燃的。为了避免树突的形成和降低火灾的可能性，目前的电池设计包括一个由石墨填充而不是纯锂的电极。石墨作为锂的寄主，阻止了树突的形成。但锂离子间石墨烯的能量也比纯锂少10倍。此次研究的突破意味着能量储存的巨大增加是可能的，因为在纯锂电极中可以消除树突的形成。

研究人员表示：“电池安全是这项研究的一个关键问题，手表中的小主电池使用锂阳极，但它们只排放一次。当你开始一次又一次地向它们充电时，树突就开始生长。可能有几个安全周期，但迟早会发生短路。我们想要消除，或者，至少尽量减少这种可能性。”

此次研究的合作者来自北京清华大学，他们致力于使锂阳极更稳定，锂镀更均匀，这样树突就不会生长。他们这样做是通过在电池的电解质溶液中加入纳米金刚石。纳米金刚石在电镀工业中已经被使用了一段时间，作为一种使金属涂层更加均匀的方法。虽然它们比你在珠宝商的盒子里发现的钻石小得多，便宜得多，但纳米钻石仍然保留着它们昂贵的祖细胞的结构和形状。当它们被保存时，它们自然地滑动在一起形成一个光滑的表面。研究人员发现，这种特性对于消除树突的形成非常有用。在论文中，他们解释了锂离子可以很容易地附着在纳米钻石上，所以当它们电镀电极时，它们与纳米金刚石粒子的连接方式是一样的有序。他们在论文中指出，将纳米金刚石混合到锂离子电池的电解质溶液中，可以通过100个电荷放电周期将树突的形成速度降低到零。