北京
电动车电池能不能做得更小、更轻，同时一次充电跑得更远？韩国科学技术院（KAIST）的研究团队给出的思路是：把半导体制造里的精细加工手段，搬到电池电极上试试。
他们盯上的是"无负极电池"。这类电池不再使用石墨等传统负极材料，而是让锂直接沉积在一层薄薄的铜箔上。少了这层负极材料，电池的整体重量和厚度都能降下来，同样的空间里就能装下更多能量——理论上，电动车不必背着更大更重的电池包，也能跑得更远。
但这条路一直有个坎。电池反复充放电时，锂并不总是均匀铺在铜箔表面，而是会长成树枝状或针状的锂枝晶。这些尖刺会干扰电池性能，包裹锂的保护层也可能变得不稳定，两者叠加，电池衰减得更快。寿命问题，成了无负极电池走向商用的一大障碍。
此前有人尝试补加锂来弥补损耗，或者给电极涂上更厚的保护层。这些办法能补偿衰减、遮挡表面，但都要额外增加材料，厚度和重量一涨，无负极电池最大的优势就被抵消了。
KAIST化学与生物分子工程系Jinwoo Lee和Hee-Tae Jung教授领衔的合作团队换了个思路：不加大量材料，而是改变铜箔本身的结构。他们在铜表面做出排列整齐的微米级管状图案，好比把一个大停车场划成许多独立车位，让锂有更多、更均匀的落脚点，而不是挤在少数区域堆成尖刺。
这些微小结构靠的是从半导体行业借来的二次溅射光刻（SSL）技术。每根管直径约300纳米、高约150纳米，尺寸虽小，却把铜箔可供锂沉积的表面积扩大到普通平整铜箔的约四倍。表面积大了，锂的分布更均匀，容易形成尖刺的局部堆积也就少了。
团队还多做了一步：在铜箔上涂一层二维材料MXene，厚度约10纳米，只相当于人类头发丝厚度的几千分之一。它本身不是最终的防护屏障，更像刷漆前的底漆，为运行过程中生成更结实的保护层打底。在实验使用的LiPF6基电解液中，MXene表面会促进形成一层富含氟化锂（LiF）的保护层，既限制锂与电解液之间不必要的化学反应，也抑制尖刺生长。
为了看清这层保护层怎么长出来，研究人员在严格控制空气暴露的条件下观察了电极表面和内部截面，并用X射线光电子能谱（XPS）、飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）和透射电子显微镜（TEM）等手段做了分析。观察确认，纳米级保护层沿着MXene表面均匀形成。
Jinwoo Lee教授表示："这项研究显示，半导体制造中使用的超精细加工技术，可以在不改变本体电解液配方、不额外添加过量锂的情况下，同时造出均匀的锂沉积位点和稳定的保护层。"他还解释说，这些发现可能有助于加速高能量无负极电池的商业化开发——在把额外重量和体积压到最低的同时改善寿命，为未来电动车更紧凑的储能系统提供支持。
该研究由Eunji Kim、Hyunju Jung和Jinuk Kim担任共同第一作者，成果于9月1日在线发表在国际期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。合作方还包括庆北国立大学和国家纳米晶圆中心。研究经费来自韩国国家研究基金会（NRF）的纳米与材料技术开发项目，由韩国科学技术信息通信部支持。
值得注意的是，这仍是一项实验室层面的技术验证：它展示了一条让无负极电池更小、更轻、更耐用的可能路径，但从电极结构到整车电池包，中间还有工程化和量产的长路要走。
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