锂金属电池阳极反应机制细节揭示更轻便经济的动力锂电池或将到来

由美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室(BNL)的化学家领导的研究小组已经确定了锂金属阳极电池中发生的反应机制的新细节，这是朝着开发更小、更轻、更便宜的电动汽车电池迈出的重要一步。

研究成果已发表在《自然》子刊《自然纳米技术》(NatureNanotechnology)杂志上。

与最常使用石墨作为阳极的锂离子电池相比，锂金属电池使用锂金属作为阳极。锂金属阳极的比容量和能量密度更好。

现在，随着几十年的进步，研究人员相信他们可以使锂金属阳极可逆，超越锂离子电池的极限。实现这一目标的关键是“界面”(interphase)，既在电化学反应过程中在电池电极上形成的固体材料层。

为了“看到”相间的化学组成和结构，研究人员使用了国家同步加速器光源二号(NSLSII)，其可出现超亮的X射线，用于研究原子尺度的材料特性。

除了NSLSII，研究团队还要使用一个能够探测所有界面成分的波束线(实验站)，包括晶体和非晶相，高能(短波长)x射线。这个光束线就是x射线粉末衍射(XPD)光束线。

团队利用了XPD的多模态方法，使用了光束线供应的两种不同的技术，x射线衍射(XRD)和对分布函数(PDF)进行分析。XRD可以研究晶体相，而PDF可以研究非晶相。

XRD和PDF分析揭示了令人兴奋的结果：界面中存在锂氢化物(LiH)。几十年来，科学家们一直在争论LiH是否存在于界面中，这是第一次使用具有统计可靠性的技术证明LiH存在。