由加州大学圣地亚哥分校和爱达荷国家实验室（IdahoNationalLaboratory）的科学家组成的一个研究团队，在探索如何提高电池性能的研究中，意外发现了一种稀有的玻璃态金属。这一惊人的发现，可能为更好的电池、更快的催化剂和其他材料科学的飞跃打开了大门。该最新发现研究结果论文，题为：“用于高性能可充电锂电池的玻璃锂金属阳极”，发表在今天的《自然·材料》杂志上。
论文第一作者为华人学者XuefengWang，论文作者中还包括其他9位华人学者。如图所示为了提高电池性能而发现的稀有玻璃态金属，该项新的研究描述了在电池充电过程中沉积在电极（黄色）上的纳米结构锂原子（蓝色）的演变。
研究团队仔细研究了锂的最早充电阶段，并了解到缓慢的低能充电会导致电极以无序的方式收集原子，从而改善了充电行为。过去从来没有观察到这种非晶态的“玻璃状”锂，传统上很难形成这种非晶态金属。
研究结果提出了微调充电方法的策略，以延长电池寿命，并且更有趣的是，为其他应用指出了制造玻璃状金属的新途径。
充电已知，得到未知
锂金属是高能可充电电池的优选阳极。然而，在原子水平上还不清楚充电过程（将锂原子沉积到阳极表面）。锂原子沉积到阳极上的方式可能在一个充电循环到另一个充电循环之间变化，从而导致充电不稳定和电池寿命缩短。
研究小组想知道，充电方式是否受到前几个原子最早的聚集的影响，这一过程称为成核。该论文主导作者之一、爱达荷国家实验室首席研究员、戈拉克·帕瓦尔（GorakhPawar）说：“最初的成核作用可能会影响电池的性能，安全性和可靠性。”
看着锂胚胎形成
研究人员将强大的电子显微镜中的图像和分析与液氮冷却和计算机建模相结合。低温电子显微镜使他们能够看到锂金属“胚胎”的产生，并且计算机模拟有助于解释他们所看到的。
特别是，他们发现某些条件会产生结构化程度较低的锂，该锂为非晶态（如玻璃）而不是晶体（如金刚石）。
论文主导作者之一、加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授、新加坡华裔学者、孟英（YingShirleyMeng）表示：“这项工作展示了低温成像发现材料科学新现象的能力，”成像和光谱数据常常令人费解。“真正的团队合作使我们能够自信地解释实验数据，因为计算模型有助于破译复杂性。”
她领导加州大学圣地亚哥分校开创性的低温显微镜研究，是圣地亚哥加州大学圣地亚哥分校的可持续能源与能源中心以及材料发现与设计研究所的所长。
如玻璃似透亮的惊喜
以前从未观察到纯的非晶态元素金属，它们极难生产，因此通常需要金属混合物（合金）以实现“玻璃状”结构，从而赋予材料强大的性能。
在充电过程中，玻璃状锂胚在整个生长过程中更有可能保持非晶态。在研究哪种条件有利于玻璃状成核时，研究团队再次感到惊讶。
帕瓦尔说，“我们可以在非常温和的条件下以非常慢的充电速率制造非晶态金属，”“这实在是很令人惊讶。”
这样的结果是违反直觉的，因为过去专家普遍认为缓慢的沉积速率将使原子能够找到有序的结晶锂。然而，建模工作解释了反应动力学如何驱动玻璃状形成。该团队通过创造出玻璃状的四种反应性金属来证实这些发现，这些反应性金属对电池应用具有相当前景。
该研究结果将帮助实现Battery联盟的目标，Battery联盟，英语：Batteryconsortium，是由美国能源部资助的一项研究计划。该联盟旨在开发商业上可行的电动汽车电池，其电池级比能为Wh/kg。另外，这种新的认知可能会导致更有效的金属催化剂、更坚固的金属涂层以及可从玻璃态金属中受益的其他许多应用。
参考：XuefengWangetal.GlassyLimetalanodeforhigh-performancerechargeableLibatteries,NatureMaterials().DOI:10./s---1量子认知
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