突破性技術！新型鋰金屬電池壽命翻倍、安全性大躍進

韓國蔚山國立科技大學(UNIST)的研究團隊近日發表一項革命性表面處理技術，成功延長鋰金屬電池(LMBs)使用壽命，同時大幅降低爆炸風險。這項突破性進展由材料科學與工程學系的李賢正教授與李承傑教授團隊主導，並與慶北大學李智勳教授團隊合作完成。

研究團隊開發出一種氣相反應法，能有效改造鋰金屬電池的電極表面。這項技術透過化學反應去除鋰金屬表面原有的鈍化層，同時形成穩定的固態電解質介面(SEI)保護層。相關研究成果已刊登於國際知名期刊《ACS Nano》。

鋰金屬電池採用金屬鋰作為陽極，而非傳統的石墨材料，其高能量密度特性被視為次世代儲能解決方案，甚至可讓電動車續航力提升一倍。然而，鋰金屬表面不穩定的鈍化層會阻礙鋰離子均勻沉積，不僅縮短電池壽命，更會在充電過程中導致枝晶生長，增加熱失控與爆炸風險。

研究團隊創新採用氟烷基矽烷進行氣固相反應，成功去除原有的氧化物與碳酸鹽鈍化層。此過程形成由氟化碳鏈與Si-O-Si網路組成的柔性穩定SEI層，不僅成為有效屏障，更能促進鋰離子快速傳輸。

密度泛函理論(DFT)計算顯示，這種新型介面層能提升鋰離子吸附與脫附過程的可逆性，使鋰金屬的電鍍與剝離更加順暢。相較之下，原始鈍化層會過度吸附鋰離子，阻礙脫附過程，影響電池迴圈穩定性。

李承傑教授解釋：「過去多數關於鋰金屬沉積的研究僅關注吸附能量。我們的研究同時考量沉積與脫附過程，對電極可逆性提供更深入的理解。」

這種工程化介面層能促進鋰離子均勻流動，抑制枝晶生長並維持機械穩定性。即使在標準碳酸酯電解質中，無需額外新增劑，鋰金屬電極也能穩定運作。採用高容量NMC811正極(超過20 mg/cm²)的鈕扣電池測試顯示，其迴圈壽命是傳統鋰金屬電極的兩倍以上。

李賢正教授強調：「這項研究不僅去除鈍化層，更形成具有保護性且允許鋰離子穿透的塗層，實現長期穩定運作而不需依賴電解質新增劑。該技術在相對低溫(約120°C)下的相容性，以及可擴充套件的氣固相反應方法，為實際應用開闢了廣闊前景。」

此項研究由材料科學與工程學系的第一作者崔時元與蔡成旭共同完成。

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