當(dāng)鋰離子電池充電時(shí)，鋰離子被輸送到陽(yáng)極，并以鋰金屬的形式沉積在表面，形成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。這些鋰枝晶導(dǎo)致了不可控的體積波動(dòng)，并導(dǎo)致固體電極與液體電解質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)，從而引起火災(zāi)。
為了防止枝晶的形成，研究小組將富勒烯(一種高電子導(dǎo)電半導(dǎo)體材料)暴露在等離子體中，導(dǎo)致在鋰電極和電解質(zhì)之間形成半導(dǎo)體鈍化碳質(zhì)層。半導(dǎo)體鈍化碳質(zhì)層允許鋰離子通過(guò)，同時(shí)由于肖特基勢(shì)壘的產(chǎn)生而阻擋電子，并阻止電子和離子在電極表面和內(nèi)部相互作用，從而阻止鋰晶體的形成和枝晶的生長(zhǎng)。
使用鋰對(duì)稱電池在極端的電化學(xué)環(huán)境中測(cè)試了具有半導(dǎo)體鈍化碳化層的電極的穩(wěn)定性，其中典型的鋰電極在長(zhǎng)達(dá)20次的充電/放電循環(huán)中保持穩(wěn)定;而新開(kāi)發(fā)的電極穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，鋰樹(shù)枝晶生長(zhǎng)在高達(dá)1200次的充放電循環(huán)中被抑制。此外，除了已開(kāi)發(fā)的電極外，使用鈷酸鋰正極，在500次循環(huán)后保持了大約81%的初始電池容量，比傳統(tǒng)鋰電極提高了大約60%。
李仲基說(shuō)：“有效地抑制鋰電極上的樹(shù)枝晶生長(zhǎng)有助于提高電池的安全性。這項(xiàng)研究中提出的開(kāi)發(fā)高度安全的鋰金屬電極的技術(shù)，為開(kāi)發(fā)不會(huì)造成火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的下一代電池提供了藍(lán)圖。”
研究團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)目標(biāo)是提高這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)可行性，“我們的目標(biāo)是用更便宜的材料取代富勒烯，從而使半導(dǎo)體鈍化碳層的制造更具成本效益”。
