由美國能源部(DOE)布魯克海文國家實驗室(BNL)的化學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組已經(jīng)確定了鋰金屬陽極電池中發(fā)生的反應(yīng)機制的新細節(jié)，這是朝著開發(fā)更小、更輕、更便宜的電動汽車電池邁出的重要一步。

研究成果已發(fā)表在《自然》子刊《自然納米技術(shù)》(NatureNanotechnology)雜志上。

與最常使用石墨作為陽極的鋰離子電池相比，鋰金屬電池使用鋰金屬作為陽極。鋰金屬陽極的比容量和能量密度更好。

現(xiàn)在，隨著幾十年的進步，研究人員相信他們可以使鋰金屬陽極可逆，超越鋰離子電池的極限。實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是“界面”(interphase)，既在電化學(xué)反應(yīng)過程中在電池電極上形成的固體材料層。

為了“看到”相間的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，研究人員使用了國家同步加速器光源二號(NSLSII)，其可出現(xiàn)超亮的X射線，用于研究原子尺度的材料特性。

除了NSLSII，研究團隊還要使用一個能夠探測所有界面成分的波束線(實驗站)，包括晶體和非晶相，高能(短波長)x射線。這個光束線就是x射線粉末衍射(XPD)光束線。

團隊利用了XPD的多模態(tài)方法，使用了光束線供應(yīng)的兩種不同的技術(shù)，x射線衍射(XRD)和對分布函數(shù)(PDF)進行分析。XRD可以研究晶體相，而PDF可以研究非晶相。

XRD和PDF分析揭示了令人興奮的結(jié)果：界面中存在鋰氫化物(LiH)。幾十年來，科學(xué)家們一直在爭論LiH是否存在于界面中，這是第一次使用具有統(tǒng)計可靠性的技術(shù)證明LiH存在。