到目前为止，锂电池还存在容易快速磨损、充电性差，并且依赖钌和铂等昂贵的稀有金属的缺点。
对储能解决方案的需求不断增长，以支持推动可再生能源的发展，同时应对日益增长的气候变化威胁。而全球科学家也在不断努力寻找容量更高、环境成本更低的新技术。
近日，包括我国在内的多家研究团队在电池方面分别取得了巨大突破。
能够捕获碳的电池
萨里大学的科学家们开发出了一种新型电池，该电池不仅可以有效储存能源，还可以在此过程中捕获二氧化碳，从而将污染转化为电能，从而重塑清洁能源技术。科学家们表示，如果商业化，这些电池不仅可以帮助减少车辆和工业排放，甚至未来还可以在火星上运行，那里的大气中 95% 的二氧化碳含量很高。
科学家们找到了一种称为磷酸钼酸铯 （CPM） 的低成本催化剂，这种催化剂价格低廉，易于在室温下制造。在计算机建模和实验室测试的支持下，CPM 能够帮助电池存储锂离子电池 2.5 倍的能量，充电功率更低，并且能够可靠地运行 100 多个周期。
a） CPM 合成过程， b） 其在 Li-CO 2电池中的催化反应途径的示意图
根据研究团队的粗略计算，一公斤催化剂可以吸收大约 18.5 公斤的二氧化碳，这大致相当于汽车行驶 100 英里的排放量，这意味着这种电池可以抵消一天的通勤碳排放。
这一发现为设计更高效、更低成本的电池材料铺平了道路。随着对这些催化剂如何与电极和电解质相互作用的深入研究，锂二氧化碳电池可以发展成为一种实用、可扩展的清洁能源存储解决方案，同时积极去除大气中的碳。
该团队现在专注于通过开发一种替代铯的催化剂来提高该技术的成本效益，因为磷酸钼酸盐起着关键作用。这可能会使系统更接近大规模、经济实惠的部署。
研究人员还计划实时研究电池的充电和放电过程，以更深入地了解其内部机制，以进一步提高性能和耐用性，主要重点是评估电池在不同压力下的性能。
该研究已发表在《先进科学》杂志上。
https://doi.org/10.1002/advs.202502553
固态电池技术获革命性突破，中国团队破解短路机制
5月21日，据央视报道，中国科学院金属研究所研究员王春阳联合加州大学尔湾分校教授忻获麟、麻省理工学院教授李巨，在全固态电池失效机制研究方面取得重要突破。研究团队利用原位透射电镜技术，首次在纳米尺度揭示了无机固态电解质中的软短路—硬短路转变机制及其背后的析锂动力学，相关成果发表在《美国化学会会刊》。
全固态锂电池通过以固态电解质替代易燃的有机电解液，并兼容高容量锂金属负极，有望实现远超传统液态锂离子电池的安全性和能量密度，并实现在极低温、高温等极端环境下的应用。前固态电解质本身的锂离子传输稳定性及析锂引发的短路问题，仍是制约全固态电池发展的关键瓶颈之一。然而，受限于光学显微镜、扫描电镜和同步辐射X成像等技术的空间分辨率限制，固态电解质短路失效的纳米尺度起源尚不明确。
团队通过原位电镜观察表明，固态电解质内部缺陷诱导的锂金属析出和互连形成的电子通路直接导致了固态电池的短路，这一过程分为两个阶段：软短路和硬短路。软短路源于纳米尺度上锂金属的析出与瞬时互连，并伴随着软短路的高频发生和短路电流增加，固态电解质逐渐从名义上的电子绝缘体转变为类忆阻器的非线性电子导体状态，最终导致固态电池发生硬短路。在此过程中，缺陷诱导的纳米尺度析锂和“浸润”导致多晶固态电解质发生“类液态金属脆化”开裂，这是固态电解质发生软短路到硬短路转变的本质原因。
基于这些发现，研究团队利用三维电子绝缘且机械弹性的聚合物网络，发展了无机/有机复合固态电解质，有效抑制了固态电解质内部的锂金属析出、互连及其诱发的短路失效，显著提升了其电化学稳定性。
该研究通过阐明固态电解质的软短路-硬短路转变机制及其与析锂动力学的内在关联，为固态电解质的纳米尺度失效机理提供了全新认知，为新型固态电解质的开发提供了理论依据。该研究也凸显出先进透射电子显微术在解决能源领域关键科学问题方面扮演的重要角色。
https://doi.org/10.1021/jacs.5c04113
近年来，全固态电池由于高能量密度、高安全性等优势，备受行业关注，但寿命短与短路问题长期困扰其商业化，致使其迟迟难以步入大规模量产阶段。在当前政策密集加码和行业企业加紧布局的背景下，此次固态电池研究迎来里程碑式突破，有望加快产业链成熟，将固态电池装车进程大大提速。
技术突破：金属绒电极增厚十倍 储能提升85%
德国马克斯·普朗克医学研究所近日公布了一项颠覆性的电池技术创新，该技术通过采用金属绒电极结构，有望彻底改变现有电池的能量密度和功率性能格局。研究成果发表在《ACS Nano》杂志上。
研究团队发现，使用微米级金属丝编织的三维绒网作为电极接触材料，可以突破传统电池设计的多个技术限制。这项创新可使电池能量密度提升达85%，将对从电动汽车到便携电子设备的多个行业产生深远影响。
传统电池电极由储存电荷的活性材料和传输电流的接触材料（通常为铜箔或铝箔）构成。然而，活性材料虽擅长储电，却存在离子传导性差的固有缺陷。海德堡团队的研究表明，金属表面可成为金属离子的"高速公路"。他们发现锂离子在铜表面会脱去分子外壳，形成被称为亥姆霍兹层的电双层结构。通过特制测量装置和理论计算，研究团队证实锂离子在亥姆霍兹层的移动速度比在电解液中快56倍。
研究人员将活性材料与由百分之一毫米级金属丝编织的3D绒网结合，构建出三维电荷载体传输网络。这种创新设计不仅实现了适合电动汽车快充需求的十倍厚电极，还将接触金属等非储能材料用量减少约50%。与传统箔式电极相比，能量密度实现了高达85%的显著提升。
当今的锂离子电池单元在结构和制造工艺方面非常复杂（左）。金属绒作为电触点简化了电池的设计和制造，并减少了无源材料的份额。这使得电池更便宜、更强大（右）。
研究人员用自然界的三维血管网络作类比指出：通过二维层状结构供能的传统方式效率低下，我们的技术目标正是构建能够高效充放电的三维电荷载体传输网络。
除性能飞跃外，新型绒网电极在制造工艺方面也展现出显著优势。传统工艺需要将活性材料薄层涂覆在金属箔上，该过程不仅复杂，还涉及有毒溶剂。新技术则可采用粉末形式直接将活性材料填入绒网结构。
研究团队表示，通过干法填充工艺，有望节省30-40%的生产成本，生产设施占地面积也可减少三分之一。他们认为这项创新将显著提升欧洲制造商在快速发展的电池技术领域的竞争力，借助这项技术他们甚至可能有机会实现与亚洲厂商的并跑乃至超越。研究团队看到了金属绒电极的巨大潜力，因此已经成立了一家初创公司，该公司正在与主要汽车制造商等公司一起开发电池技术，为市场做好准备。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c04343
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