电池研究领域充满了障碍和瓶颈，但有一个问题比大多数问题都突出。枝晶生长一直困扰着下一代电池的设计，但麻省理工学院（MIT）领导的一项新研究声称，他们已经发现了问题的根源，并展示了如何消除这个问题的解决方案。
枝晶是一种细长的触须状金属细丝，在锂电池循环过程中会在电极上生长，并且蜿蜒进入电解液，可能导致短路、意外升温甚至起火等问题。目前，各国科研工作者已经找到各种各样的抑制枝晶生长的创造性方法，但麻省理工的科学家认为，他们为这个问题带来了根治性解决方案。
固态电池上的试验
(资料图)
据悉，MIT的科学家们正在用一种固态电池进行实验，这种电池的结构以固体电解质材料为特色，而不是传统的液体电解质。与典型的电池一样，锂离子在充电和放电时在两个电极之间穿梭，在这种情况下，锂离子通过固体电解质。
研究人员发现，尽管固体电解质是由相对坚硬的材料制成的，但当离子在两侧电极之间移动时，非常柔软的锂仍能够穿透它。这是电极在吸收和沉积锂时体积变化的结果，这反过来会导致机械应力问题。
MIT教授Yet-Ming Chiang说，“为了沉积这种金属，其体积必须扩大，因此锂沉积电池一侧的体积增加了。如果存在微小的缺陷，使用时这些缺陷就会承受压力，从而导致开裂。”
以机械应力来引导枝晶生成
根据研究人员的说法，这些裂缝可以使枝晶有机会形成。他们在一种透明的实验电解质材料中研究了这一过程，而在过去的大多数实验中，科学家们只能在不透明的材料中研究这一过程。而这一次，由于能够直接观察到这种现象，MIT的研究人员就想出了新的方法来防止枝晶造成损害。
在后续的实验中，研究小组表明，通过施加机械应力来“引导”枝晶的生长是可能的，使它们完全与压力的方向一致。虽然不能完全阻止它们的形成，但这确实意味着它们可能会在电极中向远处生长，不对电解质造成破坏。
该团队通过使用机械压力来弯曲材料，以此来证明这一点，并设计出在商用电池中实现这一点的几种方法。该装置可以结合具有不同热膨胀性能的材料来诱导弯曲和机械应力，或者材料可以掺杂原子引起变形。
而且更重要的是，控制枝晶生长所需压力，大约在150到200兆帕斯卡，目前是可以实现的。
这项研究成果已于近期发表在了《焦耳》杂志上。
他们还指出，如果他们能做到这一点，并设计出一种电池克服枝晶生长的环境，那将开启非常有前途的下一代电池架构，如固态锂金属电池。纯金属锂取代石墨和铜作为阳极之一，可以提供几倍于现在电池的能量密度，同时也更轻更安全，因为它们不使用易燃液体作为电解质。
来源：财联社
