原標題：告別電池電量焦慮不再遙遠 我科學家攻克無負極鋰電循環難題

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　　光明日報北京3月22日電（記者晉浩天）你是否想過，為何“飛行汽車”的概念提出已久，卻遲遲無法真正“飛入”尋常百姓家？一個關鍵瓶頸，藏在它的“心臟”——電池裏面。起飛時需要瞬間爆發出超高功率，長途巡航又要求容量大、續航長，還得足夠輕盈——這些近乎苛刻的要求，最終都指向一個關鍵指標：能量密度。有沒有一種電池，能同時滿足這些看似矛盾的需求？這個構想正接近現實。記者日前從西湖大學獲悉，該校工學院特聘研究員王建輝團隊，用五年半時間讓不可能有望成為可能。

　　王建輝介紹，故事要從鋰電池的“家族病史”説起。目前商用電池的能量密度約在30至250Wh/kg，而飛行汽車理想的門檻是400Wh/kg以上。現實是，高能量密度的電池往往太貴或壽命太短，讓這個概念至今停留在試運行階段。“而鋰電池有兩條技術路線：一條是直接用鋰金屬做負極，能量密度能輕鬆突破500Wh/kg。但鋰金屬有個壞毛病——充電時，鋰離子跑到負極，會像長樹枝一樣堆出雜亂無章的‘枝晶’，這些‘枝晶’可能刺穿電池內部隔膜引發起火，還會不斷消耗鋰離子，導致電池壽命驟減。這條路在20世紀80年代就被擱置了。”“另一條就是我們熟悉的鋰離子電池，它給鋰離子找了個‘宿主’——石墨。石墨像一棟擁有許多小公寓的大樓，鋰離子在樓裏進進出出，安全又穩定。但石墨本身又重又佔地方，能量密度做到280Wh/kg已是理論極限。”王建輝説。

　　於是全球科學家將目光重新投向擁有極高能量密度的鋰金屬電池，還設計出一個更完美的版本：無負極鋰金屬電池。它製造時乾脆連鋰金屬負極都不裝了，只剩一塊光禿禿的銅箔。沒有預裝的鋰，成本更低、更安全；沒有笨重的石墨，能量密度更高。

　　“聽起來很好，可它一直並不被行業看好，因為有個致命缺陷：循環壽命極短。首次充電時，鋰離子要在銅箔上‘從零開始’沉積生長。如果銅箔表面只有少數幾個點能落腳，鋰離子就會往那幾個點擠，堆出幾根大‘枝晶’。更糟的是，無負極電池的鋰全部來自正極，總量固定。一旦形成‘枝晶’，就會陷入惡性循環，用不了幾次，鋰就耗光了。”論文第一作者、西湖大學博士後劉磊説。

　　團隊要解決的，正是這個核心難題。他們創新研製出一種“穿梭耦合電解液”，讓鋰離子可以在銅箔表面實現高度可逆的“平面沉積和溶解”。想像這個畫面：所有的鋰金屬晶粒像緊密堆疊的氣球，充電時同步向上膨脹，放電時同步向下收縮，留下一個交聯的網格陣列。再充電時，網格的中心優先沉積——“枝晶”消失了，副反應大幅減少。

　　團隊還發現，這種電解液能在負極表面形成一層約8納米厚的均勻“皮膚”，既能均勻通過鋰離子，又能適應鋰金屬的膨脹收縮而不破裂。“這層皮膚的形成還有個意外發現：它不只是負極的功勞，還是電解液釋放的中間體在正負極之間來回穿梭、協同反應的結果。團隊將這種機制命名為‘穿梭耦合’，它突破了傳統電解液的介面化學理論。”王建輝表示。

　　最終，這項研究讓無負極鋰金屬軟包電池的能量密度達到508Wh/kg，80%放電深度下穩定充放電循環突破350次，還能在零下40℃到60℃的寬溫域工作，成本反而比商用鋰離子電池降低15%到25%。

　　“一個告別電量焦慮的電池時代，或許就在不遠的將來。那時，飛行汽車或許真能輕盈地跨城飛行，電動汽車續航翻倍，AR眼鏡也能做得更薄。”王建輝説。