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外星探測(cè)需要能夠在與地球不同的重力條件下工作的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。在這種背景下，鋰（Li）電池還沒(méi)有得到充分的研究，特別是在超重力（即重力>9.8 m s^-2）條件下的電池構(gòu)成和循環(huán)性能。

在此，西北工業(yè)大學(xué)謝科予教授等人創(chuàng)造性地考慮了鋰金屬電池運(yùn)行中的重力因素，并揭示了鋰金屬相應(yīng)的電極行為（沉積形態(tài)、界面性質(zhì)和性能）。與正常重力不同，鋰金屬電極在超重力下表現(xiàn)出一些新的電極行為。具體而言，形貌分析表明，超重力不僅可以抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，還可以細(xì)化鋰顆粒。

在銅基底上沉積鋰金屬時(shí)，可以獲得光滑致密的鋰金屬沉積層。此外，理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超重力增強(qiáng)了Li⁺與陰離子之間的締合，最終能夠形成陰離子衍生的富含無(wú)機(jī)物的 SEI。這種 SEI 在循環(huán)過(guò)程中保持機(jī)械穩(wěn)定性并有效地鈍化鋰表面，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. 不同重力條件下SEI的形成機(jī)制

受益于良好的形貌和SEI，在實(shí)際應(yīng)用評(píng)估中，高能Li | |NCM811軟包電池（2.5 Ah，325 Wh kg^-1）在超重力下的循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)于正常重力下的循環(huán)穩(wěn)定性。即使在50G（50倍重力）條件下以2 C（400 mA g^-1）倍率穩(wěn)定運(yùn)行200個(gè)循環(huán)，容量仍保持 96%，而在1G（正常重力）條件下循環(huán)140次后容量保持率僅為 84%。

這項(xiàng)工作揭開(kāi)了電池運(yùn)行中考慮重力的盲點(diǎn)，提供了關(guān)于超重力對(duì)電池性能影響的基本見(jiàn)解并拓寬了電池的運(yùn)行環(huán)境。同時(shí)，微重力對(duì)鋰離子電池的影響比較明確，但對(duì)于鋰金屬電池來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)謎，由于鋰金屬電極獨(dú)特的電鍍和剝離機(jī)制，需要進(jìn)一步探索其機(jī)制。

圖2. 不同重力條件下高能Li | |NCM811軟包電池的性能對(duì)比

Effect of the supergravity on the formation and cycle life of non-aqueous lithium metal batteries, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-021-27429-8

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西工大謝科予Nature子刊：超重力下非水系鋰金屬電池的性能研究！

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