在推动锂金属（Lithium Metal）电池商业化的过程中，被视为最大障碍的“枝晶”问题，其解决核心技术已在韩国国内研发成功。锂金属电池被视为下一代电池，有望突破现有锂离子（Lithium-ion）电池的容量极限，使电动车跑得更远、续航更久。然而，在充电过程中，针状晶体——枝晶不断生长，会缩短电池寿命并提高起火风险，这一直拖慢了锂金属电池的商业化进程。
KAIST表示，生命化学工程系 Choi Namsun 教授团队、新材料工程系 Hong Seungbeom 教授团队与高丽大学 Kwak Sangkyu 教授团队合作，开发出一项从电子结构层面解决锂金属电池“界面不稳定性”的技术，并于24日对外公布。
所谓界面不稳定性，是指在充放电过程中，电极与电解质接触的界面无法保持均匀而产生的现象。它会诱发锂像针一样生长形成枝晶，从而导致电池寿命下降、内部短路以及火灾风险。这是阻碍锂金属电池商业化的根本原因。
联合研究团队为解决枝晶问题，在电池电解质中加入“噻吩（Thiophene）”，构建一种可使锂离子在电极表面稳定迁移的“智能保护膜”。该保护膜具有电子结构可自发重新排布的特性。
就像会根据车流量自动调整车道的智能交通系统一样，每当锂离子迁移时，保护膜内部的电荷分布会灵活变化，从而形成最优通道。
联合研究团队通过密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）模拟阐明了这一机理，并确认噻吩相比现有商业添加剂表现出远优的稳定性。
联合研究团队表示，结果显示，在加入噻吩并构建智能保护膜后，即便在高速充电环境下，也能有效抑制枝晶生长，并延长电池寿命。
（上排自左起）KAIST 教授 Choi Namsun、Hong Seungbeom，高丽大学教授 Kwak Sangkyu；（下排自左起）KAIST 研究员 Lee Jeongah、Cho Yoonhan，高丽大学博士课程在读生 Kwon Sunghyun。KAIST 提供
View original image尤其是通过原位原子力显微镜（In-situ Atomic Force Microscopy, In-situ AFM）在纳米尺度直接观测电池内部结构后，研究团队强调，即使在高电流条件下，也确认锂在表面均匀沉积与剥离，证明了其机械稳定性。
联合研究团队开发的技术，还可应用于磷酸铁锂（LiFePO4）、钴酸锂（LiCoO2）、镍钴锰三元氧化物（LiNixCoyMn1-x-yO2）等迄今广泛使用的各类电池正极材料。这意味着，该技术并不局限于特定电池类型，而是可广泛应用于现有电动汽车电池系统整体，预计今后将在整个产业领域产生巨大影响。
Choi 教授表示：“本次研究的最大成果在于，并非单纯改良材料，而是通过电子结构设计来解决电池的根本问题。联合研究团队开发的技术将成为同时实现高速充电与长寿命的下一代电动汽车电池的核心基础技术。”
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另外，本次研究由 KAIST 的 Choi Namsun、Hong Seungbeom 教授以及研究员 Lee Jeonga、Jo Yunhan 共同担任第一作者参与完成。研究成果（论文）近期也通过材料与能源领域学术期刊《InfoMat》发表。
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