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伦敦玛丽女王大学的卢学坤博士与来自英国和美国的国际研究团队合作开展了一项新研究，找到了一种通过优化石墨负极的微观结构防止电动汽车电池枝晶生长的方法，这一发现将彻底改变电动汽车电池的效率、安全性和寿命。论文将于今天（8月24日）发表在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上。

枝晶是锂离子电池在快速充电过程中可能出现的一种现象。当锂离子积聚在电池负极表面而不是夹杂在负极中时，就会形成一层金属锂，并持续增长成树枝形状，最终刺破隔膜，这会损坏电池，缩短其使用寿命，并导致短路，从而引发火灾和爆炸。

Xuekun Lu 博士解释说，通过优化石墨负极的微观结构，可以显著减少锂镀层。石墨负极由随机分布的微小颗粒组成，微调颗粒和电极形态以获得均匀的反应活性并降低局部锂饱和度是抑制锂电镀和提高电池性能的关键。

石墨负极充电过程中的锂浓度分布用颜色表示。图片来源：Xuekun Lu et al/Nature Communications

"我们的研究发现，在不同条件下，石墨颗粒的锂化机制各不相同，这取决于它们的表面形态、大小、形状和取向。这在很大程度上影响了锂的分布和枝晶的倾向，"Lu 博士说。"在开创性的三维电池模型的帮助下，我们可以捕捉到锂镀层何时何地开始形成，以及锂镀层的生长速度。这是一项重大突破，可能会对未来的电动汽车产生重大影响。"

这项研究加深了人们对快速充电过程中锂在石墨颗粒内重新分布的物理过程的理解，为开发先进的快速充电协议提供了新的见解。这些知识可帮助实现高效的充电过程，同时最大限度地降低锂镀层的风险。

除了加快充电时间外，研究还发现，改进石墨电极的微观结构可以提高电池的能量密度。这意味着电动汽车一次充电可以行驶更远的距离。

这些发现是电动汽车电池开发领域的重大突破。它们可以使电动汽车充电更快、寿命更长、更安全，从而成为对消费者更具吸引力的选择。