突破性電解質技術：打造更安全、穩定且快速充電的鋰金屬電池

近年來，研究人員致力於開發更先進的電池技術，目標是實現更快的充電速度、更高的能量儲存，同時確保長時間使用的安全性和穩定性。鋰金屬電池（LMBs）因其使用鋰金屬作為陽極，被視為現今廣泛使用的鋰離子電池（LiBs）的潛力替代品。相較於鋰離子電池，鋰金屬電池能儲存更多能量，這對於電動車及其他大型或高階電子裝置來說極具吸引力。

然而，儘管鋰金屬電池具有巨大潛力，其穩定性和安全性卻不如鋰離子電池，且充電速度相對較慢。這些限制使得鋰金屬電池至今未能廣泛應用。為解決這些問題，韓國科學技術院（KAIST）及其他研究機構的團隊最近開發了一種基於對稱有機鹽的新型電解質，這項技術有望大幅提升鋰金屬電池的效能。

這項研究成果發表於《自然能源》期刊，研究團隊指出，新型電解質不僅能提高鋰金屬電池的穩定性，還能加快充電速度，並有效防止電池內部形成鋰枝晶（一種會導致電池效能下降的鋰沉積物）。研究人員Akito Sakai和Yosuke Matsumoto在論文中提到：「實現鋰金屬電池的關鍵在於開發一種兼具不可燃性和高電化學穩定性的電解質。雖然現有電解質技術已提升了鋰金屬電池的迴圈效能，但同時兼顧高速充電和安全性的電解質設計仍是一大挑戰。」

研究團隊在傳統電池電解質中新增了一種名為1,1-二乙基吡咯烷雙（氟磺醯）亞胺（Pyr₂(2)FSI）的離子塑晶，這種對稱有機鹽改變了鋰離子與其他帶電粒子之間的相互作用，使它們在電池內部更容易移動。Sakai和Matsumoto解釋道：「我們透過在各種電解質溶劑中引入對稱有機鹽，創造了微型陰離子-鋰離子溶劑化結構。這些結構展現出高離子導電性、低去溶劑化屏障以及介面穩定性。」

這項技術的另一項優勢在於，新型電解質降低了所謂的「去溶劑化屏障」，使鋰離子更容易到達電池電極，從而提升電池的充電速度和整體壽命。此外，新電解質還促使鋰金屬陽極表面形成一層穩定的保護層，稱為固體電解質介面（SEI），這層保護層能防止不良化學反應和鋰的堆積，避免電池效能隨時間退化。

研究團隊透過一系列測試驗證了新型電解質的效能，結果顯示，使用這種電解質的鋰金屬電池在穩定性和迴圈速度上均有顯著提升。更重要的是，這種電解質具有不可燃性，能有效防止過熱，且比過去開發的許多電解質更安全，這為其未來的實際應用鋪平了道路。

研究人員總結道：「我們的電解質設計使鋰金屬電池實現了穩定且快速的迴圈，並具備高穩定性（LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂電池：400次迴圈）和高功率密度（軟包電池：639.5 W kg⁻¹）。此外，鋰金屬軟包電池在釘刺測試中表現出色，顯示其高安全性。這項電解質設計為安全、快速迴圈的鋰金屬電池提供了一條可行的道路。」