財聯社上海11月23日訊（編輯 黃君芝）

電池研究領域充滿了障礙和瓶頸，但有一個問題比大多數問題都突出。枝晶生長一直困擾著下一代電池的設計，但麻省理工學院（MIT）領導的一項新研究聲稱，他們已經發現了問題的根源，並展示瞭如何消除這個問題的解決方案。

枝晶是一種細長的觸鬚狀金屬細絲，在鋰電池迴圈過程中會在電極上生長，並且蜿蜒進入電解液，可能導致短路、意外升溫甚至起火等問題。目前，各國科研工作者已經找到各種各樣的抑制枝晶生長的創造性方法，但麻省理工的科學家認為，他們為這個問題帶來了根治性解決方案。

固態電池上的試驗

據悉，MIT的科學家們正在用一種固態電池進行實驗，這種電池的結構以固體電解質材料為特色，而不是傳統的液體電解質。與典型的電池一樣，鋰離子在充電和放電時在兩個電極之間穿梭，在這種情況下，鋰離子透過固體電解質。

研究人員發現，儘管固體電解質是由相對堅硬的材料製成的，但當離子在兩側電極之間移動時，非常柔軟的鋰仍能夠穿透它。這是電極在吸收和沉積鋰時體積變化的結果，這反過來會導致機械應力問題。

MIT教授Yet-Ming Chiang說，“為了沉積這種金屬，其體積必須擴大，因此鋰沉積電池一側的體積增加了。如果存在微小的缺陷，使用時這些缺陷就會承受壓力，從而導致開裂。”

以機械應力來引導枝晶生成

根據研究人員的說法，這些裂縫可以使枝晶有機會形成。他們在一種透明的實驗電解質材料中研究了這一過程，而在過去的大多數實驗中，科學家們只能在不透明的材料中研究這一過程。而這一次，由於能夠直接觀察到這種現象，MIT的研究人員就想出了新的方法來防止枝晶造成損害。

在後續的實驗中，研究小組表明，透過施加機械應力來“引導”枝晶的生長是可能的，使它們完全與壓力的方向一致。雖然不能完全阻止它們的形成，但這確實意味著它們可能會在電極中向遠處生長，不對電解質造成破壞。

該團隊透過使用機械壓力來彎曲材料，以此來證明這一點，並設計出在商用電池中實現這一點的幾種方法。該裝置可以結合具有不同熱膨脹效能的材料來誘導彎曲和機械應力，或者材料可以摻雜原子引起變形。

而且更重要的是，控制枝晶生長所需壓力，大約在150到200兆帕斯卡，目前是可以實現的。

這項研究成果已於近期發表在了《焦耳》雜誌上。

他們還指出，如果他們能做到這一點，並設計出一種電池克服枝晶生長的環境，那將開啟非常有前途的下一代電池架構，如固態鋰金屬電池。純金屬鋰取代石墨和銅作為陽極之一，可以提供幾倍於現在電池的能量密度，同時也更輕更安全，因為它們不使用易燃液體作為電解質。