鋰離子電池之所以能順利運作，負責在陽極與陰極之間傳遞鋰離子的電解質功不可沒，但同時電解質也是電池的致命弱點，傳統的碳酸鹽電解質具備易燃燒缺點，在電池安全性埋下隱形炸彈，而最近美國史丹佛大學研發出的全新電解質或許能解決這問題，還有助鋰陽極電池發展。
鋰陽極是提高鋰電池儲電容量途徑之一，通常鋰電池的陽極（負極）材料是石墨、銅製成，只是科學家相信，改用鋰製陽極之後就能提高儲電容量，能量密度也能顯著增加，但升級有風險，鋰金屬活性強，活性甚至比鈉、鎂等金屬都還要高，在充放電過程中會容易沉積鋰離子，最終電極表面會因為沉積不均勻形成樹枝狀鋰晶枝，這些晶枝容易刺穿絕緣層，最終導致故障電池起火。
不少科學家正在尋找既能提升電池性能，又可降低爆炸風險的法子，對此論文第一作者 Zhiao Yu 團隊採用的方法並非尋找新電解質材料，而是改良既有的市售液態電解質，想透過「添加物」解決穩定性問題。
團隊假設，在電解質添加氟原子可以提高液態電解質的穩定性。其中氟雖然活性大，毒性強又易燃，但基本上氟化合物異常穩定，常用在牙齒護理、製藥與電層掃描等等。Yu 表示，其實氟本來就是常見於電池電解質的元素，只是團隊再加以利用氟電子親和力較高的特性，再合成全新的化合物 FDMB，與過去潛力高但成本貴的材料相比，FDMB 價格相當便宜、也很容易大量製備。
相較於傳統的鋰離子電池電解質，新型電解質的安全性較高，史丹佛大學團隊針對安全性部分，有進行碳酸鹽電解質（左）和新型 FDMB 電解質（右）的燃燒測試，發現一般的電解質在接觸打火機火焰的那一霎那就立刻可燃，但 FDMB 還可以撐 3 秒。
同時團隊也在鋰陽極電池實際測試新電解質的表現，發現在 420 次充放電循環後，電池仍可保留初始電量 90%，相較之下，過去的鋰陽極電池壽命大概只有 30 次充放電循環，未來鋰陽極電池有機會成真，鋰陽極半電池與全電池的庫倫效率也已接近商業化標準 99.99%，分別為 99.52% 和 99.98%。
團隊也在無陽極鋰金屬袋式電池（ pouch cell）進行測試，這種電池因為較為輕巧，可以應用在無人機、或是其他消費性電子產品中，而雖然說表現不如鋰離子電池，但是 100 充放電循環後仍有 80% 容量，是成績最好的無陽極鋰電池。
（首圖來源：史丹佛大學）
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June 24, 2020 at 03:31PM
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