中大「分子外衣」技術突破提升鋰金屬電池穩定性

香港中文大學（中大）研究團隊最近在鋰金屬電池技術上取得了重大突破，開發出一種名為「分子外衣」的新方法，能顯著提升電池的穩定性和循環壽命。這一技術為電動車和儲能設備的未來發展提供了新的可能性，研究成果已刊登於《自然─納米技術》（Nature Nanotechnology）。

鋰金屬電池因其超高能量密度，被視為下一代電動車和儲能系統的希望。然而，當電池在高電壓下運行時，電極和電解液界面的化學反應會導致電池性能迅速衰減。中大研究團隊的「分子外衣」技術通過在電池正極活性材料表面組裝特殊的分子層，成功調控了這一界面的化學環境。

高電壓電池的隱形挑戰

鋰金屬電池的潛力雖大，但其穩定性問題一直是業界的頭痛難題。當電池在高電壓運行時，電解液分子會被氧化分解，產生的副產品堆積在電極和電解液之間的界面上，導致電池失效。這一問題的複雜性在於單靠改進電極材料或調整電解液都無法徹底解決。

由中大工程學院機械與自動化工程學系盧怡君教授領導的研究團隊，提出了一個嶄新的思路：主動改變界面的化學環境，而不是被動承受界面反應。他們在電池正極表面組裝了一層超薄但功能明確的分子膜，這層「分子外衣」能夠改變電解液分子靠近時的行為方式。

這層膜通過調節膜上分子的特性，實現了對電解液分子的吸引與排斥之間的最佳平衡，既能形成保護層阻擋有害反應，又不會過度阻止電池界面的正常運作。

在實驗中，經過分子膜修飾的正極在高電壓和高溫（60°C）的苛刻條件下，循環200次後仍然保持80%的初始容量，而未經修飾的電極性能衰減明顯更快。

這項技術的突破性在於其可整合進現有的電池製造工藝中，而不需要對整個系統進行徹底改造。盧教授表示，這項研究在分子層面上揭示了電極和電解質界面的作用機制，提供了新的科學見解和設計界面的新路徑。

儘管目前的驗證還在電池實驗室的小尺度階段，但這種方法在原理上可應用於更大規模的電池中，為開發下一代高能量密度、高穩定性的鋰金屬電池提供了指引。

「我們希望這項工作能推動電動車與儲能產業邁向全新發展階段，讓這類電池早日投入實際應用。」盧教授如是說。

隨著電動車和儲能設備需求的增長，這項技術的應用前景廣闊，將對全球能源市場產生深遠影響。中大的研究不僅為鋰金屬電池的發展提供了新的技術路徑，也為整個行業帶來了新的希望。