据报道，一组来自日本的研究人员发现了一种稳定锂金属电池中锂电极和电解质的新机制。这种新机制不依赖于传统的动力学方法，有潜力大幅提高电池的能量密度。
这一研究成果已于近期发表在了《自然能源》杂志上。
锂金属电池是一种很有前途的技术，有可能满足高能量密度存储系统的需求。然而，由于这些电池中电解液不断分解，其库仑效率很低。库仑效率，又称电流效率，描述的是电子在电池中传递的效率。因此，具有高库仑效率的电池，具有更长的电池循环寿命。
简而言之，对金属锂负极一侧的稳定性来讲，最直接、合理的衡量指标是库仑效率，即沉积一定量的金属锂之后，有多少的金属锂依然能够被可逆、再次的使用的比例。
在锂离子电池中，锂离子在充电时通过电解质从正极移动到负极，放电时又移动回来。通过引入高能量密度电极，可以提高电池的能量密度。也正因为如此，科学家们用金属锂替换了石墨负极。然而，金属锂具有很高的反应活性，这减少了其表面的电解质。因此，库仑效率较差。
为了克服这一问题，科学家们开发了功能性电解质和电解质添加剂，它们形成了一层表面保护膜。但这种固体电解质间相影响着锂电池的安全性和效率。科学家们知道，如果他们改善了固体电解质间相的稳定性，那么他们就可以减缓电解质的分解，从而提高电池的库仑效率。
但是，即使有先进的技术，科学家发现很难直接分析固体电解质的相间化学。大多数关于固体电解质间相的研究都是采用间接方法进行的。这些研究提供了间接证据，因此很难开发具有高库仑效率的稳定电解质的金属锂。
在上述最新研究中，该研究团队利用了一个极易被忽略的“理论”。他们表示，如果他们可以在特定的电解质体系中提高锂金属的氧化还原电位，就可以减少电解质的热力学驱动力，从而实现更高的库仑效率。这种策略在锂金属电池的开发中很少应用。
东京大学化学系统工程系教授Atsuo Yamada说，“根据电解质的不同，金属锂的热力学氧化还原电位变化很大，这是影响锂金属电池性能的一个简单但被忽视的因素。”
“根据我们的研究结果，我们很容易就开发出了几种能产生高库仑效率的电解质。我们的工作有可能为下一代锂金属电池电解质的设计提供新的机会。”他补充说。
研究小组研究了金属锂在74种电解质中的氧化还原电位，并在所有电解质中引入了一种叫做二茂铁的化合物。经过一系列测试，该团队证明了金属锂的氧化还原电位与库仑效率之间存在相关性。通过提高金属锂的氧化还原电位，获得了较高的库仑效率。
展望未来的工作，研究团队的目标是更详细地揭示氧化还原电位变化背后的合理机制。研究人员说，“我们将设计保证库仑效率大于99.95%的电解液。即使使用先进的电解质，金属锂的库仑效率也不到99%。然而，锂金属电池的商业化至少需要99.95%。”
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