在一篇新的Nature Energy论文中，工程师们报告了锂金属电池在快速充电方面的进展 - 快到一个小时。这种快速充电得益于锂金属晶体，可以在令人惊讶的表面上快速均匀地播种和生长。诀窍是使用锂官方不“喜欢”的晶体生长表面。从这些晶种中生长出致密的均匀锂金属层。电池研究人员对均匀的锂金属层非常感兴趣，因为它们缺乏称为树突的电池性能下降尖峰。这些枝晶在电池阳极中的形成是快速充电超能量密度锂金属电池的长期障碍。

这种由加州大学圣地亚哥分校工程师领导的新方法可以在大约一个小时内为锂金属电池充电，这一速度与当今的锂离子电池相比具有竞争力。加州大学圣地亚哥分校的工程师与加州大学欧文分校的成像研究人员合作，在《自然能源》杂志上发表了这项旨在开发快速充电锂金属电池的进展。

在这个SEM图像中，大而均匀的锂金属晶体生长在令人惊讶的表面上，因为它不“喜欢”锂。加州大学圣地亚哥分校的电池研究人员发现，锂金属晶体可以启动（成核）并快速均匀地生长成缺乏性能降解树突的致密锂金属层。发表的一篇自然能源论文中，加州大学圣地亚哥分校的电池研究人员表明，即使在高充电速率下，这种锂晶种的意外形成也会导致致密的锂层，从而产生长循环寿命的锂金属电池，也可以快速充电。这一发现克服了可充电锂金属电池中的常见现象，其中高速率充电总是导致多孔锂和短循环寿命。通过用这种由氟化锂和铁制成的疏锂表面取代锂金属电池负极（阳极）上无处不在的铜表面，研究人员为制造更可靠、更安全、更高性能的锂金属电池开辟了一条新途径。

为了生长锂金属晶体，研究人员用氟化锂（LiF）和铁（Fe）制成的疏锂纳米复合材料表面取代了锂金属电池负极（阳极）上无处不在的铜表面。利用这种疏锂表面进行锂沉积，形成锂晶种，并且从这些晶种中生长出致密的锂层——即使在高充电速率下也是如此。结果是可以快速充电的长循环寿命锂金属电池。

“特殊的纳米复合材料表面是发现，”加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Ping Liu说，他是新论文的资深作者。“我们挑战了生长锂晶体需要什么样的表面的传统观念。普遍的看法是，锂在它喜欢的表面上生长得更好，这些表面是亲锂的。在这项工作中，我们表明这并不总是正确的。我们使用的基板不喜欢锂。然而，它提供了丰富的成核位点以及快速的表面锂运动。这两个因素导致了这些美丽晶体的生长。这是科学洞察力解决技术问题的一个很好的例子。

锂金属单晶的冷冻透射电镜图像，该晶体晶种在由氟化锂和铁制成的令人惊讶的疏锂纳米复合材料表面上。锂晶体具有六边形双锥体形状。在发表的一篇自然能源论文中，加州大学圣地亚哥分校和加州大学欧文分校的研究人员表明，即使在高充电速率下，这种锂晶种的意外形成也会导致致密的锂层，从而产生长循环寿命的锂金属电池也可以快速充电。这一发现克服了可充电锂金属电池中的常见现象，其中高速率充电总是导致多孔锂和短循环寿命。通过用这种由氟化锂和铁制成的疏锂表面替换锂金属电池负极（阳极）上无处不在的铜表面，研究人员为制造更可靠、更安全、更高性能的锂金属电池开辟了一条新途径。

由加州大学圣地亚哥分校纳米工程师领导的新进展可能会消除阻碍在电动汽车（EV）和便携式电子产品等应用中广泛使用能量密集型锂金属电池的重大障碍。虽然锂金属电池因其高充电密度而在电动汽车和便携式电子产品中具有巨大的潜力，但今天的锂金属电池必须极慢地充电，以保持电池性能并避免安全问题。缓慢充电对于最大限度地减少破坏电池性能的锂枝晶的形成是必要的，这些枝晶是锂离子与电子结合在电池阳极侧形成锂晶体时形成的。锂晶体在电池充电时积聚，锂晶体在电池放电时溶解。