Lithiumanodi metallu pussede estremamente altu capacità specifichi teorichi (3860 mA·bg) è u putenziale electrochimica più bassu (-3.040 V (vs. SHE)), facennu li cunziddiratu lu "santu graal" electrode trà parechji materiali electrode. Batterie di lithium metal include lithium-sulphur and lithium-oxygen battery. E batterie di lithium -sulfuru anu una densità di energia di circa 2600 W·h/kg, mentre chì e batterie di lithium-ossigenu anu una densità di energia di circa 3500 W·h/kg, circa 7 è 10 volte quella di e batterie di lithium-convenziunali, rispettivamente. Per quessa, e batterie di lithium metal sò cunsiderate unu di i sistemi di almacenamentu d'energia più promettenti è un candidatu di punta per i sistemi di batterie di a prossima generazione, attraendu una attenzione considerable. In ogni casu, per via di u prublema di dendrite di lithium, i primi batterie di lithium metal puderanu esse appiicati solu in certi campi specializati, è a so cummercializazione hè stata ritardata.
Batterie di lithium metal rechargeable sò stati inventati prima di l'anni 1970 è sò stati largamente usati in orologi, calculatrici è altri dispositi elettronici.
E batterie di lithium metal sò largamente usate in l'apparecchi elettrici è i dispositi medichi portatili. In ogni casu, a so cummercializazione hè stata impedita da certi difetti in u lithium metal. Cum'è un membru di u Gruppu 1 di a tavola periodica, l'atomi di lithium anu solu un elettrone in a so cunchiglia più esterna, chì li facenu altamente reattivi chimicamente perchè perdennu prontu l'elettrone. Quandu in cuntattu cù un elettrolitu urgànicu, u lithium metal forma un film chjamatu l'interfaccia di l'elettroliti solidu (SEI) nantu à a so superficia. A funzione principale di sta film hè di isolà u metale di lithium da l'elettrolitu, impediscendu più corrosione di u lithium. Tuttavia, per via di u cambiamentu di voluminu significativu di lithium metal durante a carica è a scaricamentu, a film SEI spessu rompe. A superficia di lithium metalu frescu esposta reagisce di novu cù l'elettrolitu per furmà una nova film SEI. Stu prucessu ùn solu prumove a crescita di lithium dendrites longu i cracks, ma pò ancu penetrà in u separatore in a bateria, causendu un cortu circuitu. Quandu si verifica un cortu circuitu, una grande quantità di calore hè generata in a batteria, chì in i casi estremi pò purtà à a combustione o à l'esplosione, affettendu seriamente a prestazione di sicurezza è a cummercializazione di e batterie di lithium metal. Inoltre, cum'è u numeru di dendriti di litiu aumenta, furniscenu più opportunità per l'elettrodu negativu per entra in cuntattu cù l'elettroliti, accelerà cusì a rata di reazzioni laterali. Sti prucessi irreversibili cunsuma materiali elettrodi è elettroliti, riducendu a densità energetica di a bateria è l'efficienza coulombica. Dopu un usu prolongatu, assai dendrites di lithium diventanu incrustati in u filmu SEI di novu furmatu, incapaci di participà à reazzione elettrochimica normale; simultaneamente, i dendriti di lithium vicinu à u sustrato si decomponenu rapidamente, causendu u litiu "mortu", chì significa chì sta parte di lithium diventa elettrochimicamente inattiva, debilitandu significativamente u rendiment generale di a bateria. In l'ultimi 40 anni, un prugressu significativu hè statu fattu in a ricerca è a simulazione di i miccanismi di furmazione di dendrite di lithium.
Una di e strategie più cumuni per suppressione a crescita di dendrite hè di rinfurzà a stabilità è a coherenza di a capa di l'interfaccia di l'elettroliti solidi (SEI) nantu à a superficia di lithium metal, aghjustendu a cumpusizioni di l'elettroliti è aghjunghjendu sustanzi specifichi. Tuttavia, postu chì u lithium metal hè termodinamicamente inestable in additivi organici, furmendu una strata di passivazione efficace nantu à a so superficia in un ambiente elettrolitu liquidu hè abbastanza sfida. In più di l'ottimisazione di a capa SEI, l'introduzione di polimeri o strati di barriera solida cù una forza meccanica alta pò ancu esse un mezzu efficace per impedisce a penetrazione di dendrite in u separatore. Questi metudi anu scopu di prevene u dannu di dendrite di lithium à u separatore per migliurà e proprietà meccaniche di a capa SEI o di u separatore stessu, ma ùn eliminanu micca fundamentalmente u prublema di furmazione di dendrite. Mentre chì una superazione cumpleta di sta sfida hè sempre un pocu di tempu, è i prudutti di batterie basati nantu à l'anodu di lithium metal-ùn sò ancu largamente dispunibuli nantu à u mercatu, i circadori anu teoricamente prupostu parechji disinni conceptuali di batterie di lithium metal, chì dimustranu u putenziale per l'applicazioni pratiche. Frà questi, i batterie di lithium-sulfuru chì utilizanu u zolfo cum'è materiale di cathode è e batterie di lithium-ossigenu chì utilizanu l'ossigenu cum'è u materiale attivu di cathode anu attiratu una attenzione considerableu per i so vantaghji unichi è sò cunsiderate dui sistemi di tutte e -cellule altamente promettenti. E batterie di lithium -sulfuru pussedenu una densità energetica estremamente alta (circa 2600 W·kg) è sò largamente ricunnisciute cum'è candidati promettenti per i sistemi di almacenamentu di energia di batterie di prossima generazione. A più impurtante, u sulfuru elementale hè abbundante in natura è amichevule à l'ambiente, chì mette in risaltu ancu i vantaghji di e batterie di lithium-sulphur. Dunque, e batterie di lithium-sulfuru anu ricevutu l'attenzione in u mondu in l'ultimi anni.
Polysulfide intermediates generati durante a carica è scaricamentu di lithium -batterie di sulfuru dissolve in l'elettrolitu è navetta à l'elettrodu negativu. Per quessa, a suppressione di dendrites di lithium diventa più cumplessa in a presenza di intermedi di polisulfuru, soprattuttu quandu a carica di catodu di sulfuru hè alta. Polysulfides pò penetrà u film SEI è corrode u metallu lithium frescu sottu à a superficia, purtendu à perdita di capacità. Dunque, a prevenzione di a navetta di polisulfuru hè necessariu micca solu per migliurà a capacità di catodu durante l'operazione di bateria di lithium -sulfuru, ma ancu per a stabilità di a film SEI è ottene un elettrodu negativu liberu di dendrite -. Attraversu sforzi cuntinui, parechji metudi sò stati sviluppati, cumprese u duminiu di limitazione pusitiva è l'adsorzione, a modificazione di l'elettroliti è u disignu di separatori. In ogni casu, sti metudi parenu di fucalizza più nantu à a soppressione di u polisulfide shuttle è à migliurà a rata di utilizazione di u catodu di sulfuru, senza suppressione direttamente a crescita di dendrite in l'anodu di lithium metal. U rendiment di e batterie di lithium -sulfuru dipende da a prutezzione di l'anodu di lithium metal. L'effettu sinergicu di diversi metudi di suppressione di crescita di dendrite pò accelerà l'applicazione pratica di batterie di lithium -sulfuru.
Lithium-batterie d'ossigenu sò un tipu di bateria chì usa l'ossigenu da l'aria cum'è l'elettrodu pusitivu; sò qualchì volta chjamati batterie di lithium-aria. A densità teorica di l'energia di e batterie di lithium-ossigenu hè altu quant'è 3500 Wh/kg, superendu assai quella di e batterie di lithium-ioni cummerciale. Dunque, e batterie di lithium-ossigenu sò diventate un avanzamentu rivoluzionariu in u campu di l'almacenamiento d'energia, attraendu l'attenzione in u mondu sanu è esse cunsideratu cum'è un forte contendente in i sistemi di almacenamiento d'energia di a prossima generazione di -.
Simile à l'intermedii di polisulfuru, l'ossigenu cross-ligà da l'elettrodu pusitivu à l'elettrodu negativu di lithium metal in batterie di lithium-ossigenu pò purtà à una degradazione graduale di a superficia di lithium metal, risultatu in a descomposizione elettrolitica è a furmazione di LiOH è LiCO3 durante a carica. Per quessa, parechje strategie sò state sviluppate per suppressione l'ossigenu cross-linking. In più di u prublema di l'elettrodu pusitivu, l'esaurimentu di litiu causatu da a crescita di dendrite è i danni à a film di passivazione impediscenu severamente l'usu di lithium metal in batterie di lithium -rechargeable oxygen. E strategie sopra citate per a suppressione di a crescita di dendrite di lithium sò ancu applicabili à e batterie di lithium-ossigenu. Attraversu l'additivi elettroliti, a mudificazione di separatori è u disignu di l'elettrodu negativu, u rendiment di e batterie di lithium pò esse migliuratu significativamente.