新一代鋰金屬陽極材料能夠克服商用電池的局限性，但其固有問題容易導致電池壽命縮短并增加起火風險。據外媒報道，韓國科學技術院（KAIST）研究人員取得了重大突破，僅使用水就能夠將鋰金屬陽極的壽命延長約750%。
圖1. 通過環保靜電紡絲工藝利用水來制備新開發的保護膜（圖片來源：韓國科學技術院）
KAIST材料科學與工程系Il-Doo Kim教授與亞洲大學（Ajou University）Jiyoung Lee教授合作，通過使用環保型中空納米纖維作為保護層，成功地穩定了鋰生長，并明顯提升下一代鋰金屬電池的使用壽命。
傳統保護層技術是在鋰金屬上施加表面涂層，以便與電解質形成人工界面。這依賴于有毒的工藝和昂貴的材料，對鋰金屬陽極壽命的改善有限。
為了克服這些局限性，Kim教授團隊提出一種中空納米纖維保護層，能夠通過物理和化學方法來控制鋰離子生長。這種保護層通過環保靜電紡絲工藝制造，以從植物中提取的瓜爾膠（guar gum）為主要原料，并使用水作為唯一溶劑。瓜爾膠是一種從瓜爾豆中提取的天然聚合物，主要由單糖構成，其氧化官能團能夠調節與鋰離子的相互作用。
圖2. 新開發保護膜對鋰枝晶的理化控制；（圖片來源：韓國科學技術院）
該納米纖維保護層可以有效控制電解質和鋰離子之間的可逆化學反應。而纖維內的中空空間能夠抑制鋰離子在金屬表面上隨機積累，從而穩定鋰金屬表面和電解質之間的界面。
圖3. 采用新開發保護膜的鋰金屬電池全電池的性能（圖片來源：韓國科學技術院）
結果，與傳統鋰金屬陽極相比，具有這種保護層的鋰金屬陽極的使用壽命增加了約750%。該電池在經過300次充放電循環后仍保持93.3%的容量，達到了世界一流的性能。
研究人員還證實，這種天然保護層在土壤中大約一個月內就會完全分解，從而證明其整個制造和處理過程具有環保性。
Il-Doo Kim教授表示：“通過利用物理和化學保護功能，研究人員能夠有效地引導鋰金屬和電解質之間的可逆化學反應并抑制枝晶生長，從而使鋰金屬陽極具有前所未有的使用壽命。隨著人們對電池需求激增，因生產和處理電池而產生的環境負擔日益嚴重，這種水基制造方法具有生物降解性，將對下一代環保電池商業化做出重大貢獻。”