科技日报北京11月20日电 （实习记者张佳欣）据最新一期《焦耳》杂志报道，美国麻省理工学院研究职员诠释了可充电锂电池枝晶的形成原因以及如何避免其穿过电解液的方式。这一发现终极可能开启一种新型可充电锂电池的设计之门，这种电池比今朝的版本更轻、更紧凑、更平安。
到今朝为止，可充电锂金属电池的商业用途还很有限，其中一个原因是枝晶。枝晶可在锂概况聚积，渗透到固体电解液中，终极从一个电极交叉到另一个电极，使电池短路。
麻省理工学院的早期研究发现，锂离子固体电解质材料在电池充放电进程中往返穿梭，会致使电极的体积发生变化。这不成避免地在固体电解液中发生应力，它必须与夹在中间的两个电极连结完全接触。“为了沉积这种金属，就必须扩大体积，由于新的质量正在增加。因此，锂电池一侧的体积增加了。假如有哪怕是微小的缺陷存在，就将对这些缺陷发生压力，从而致使开裂。”
研究团队现在发现，这些压力会致使裂缝，从而形成枝晶。事实证实，解决问题的法子是以正确的偏向和适当的气力施加压力。
之前，一些研究职员以为枝晶是由纯电化学进程而非是机械进程形成的，但该团队的实验表白，致使问题的是机械应力。
电池枝晶的形成进程通常发生在不透明材料的深处，无法直接观察到，因此研究职员开辟了一种使用透明电解液制造薄电池的方式，可直接看到和记录整个进程。
该团队证实，他们只需施加和开释压力，便可直接控制枝晶的生长，使枝晶与力的偏向完全一致。对固体电解质施加机械应力并不能消除枝晶的形成，但它确实可以控制它们的生长偏向。这意味着可以引导它们与两个电极连结平行，并避免它们穿过另一侧，从而变得无害。
另一种方式是在材料中“搀杂”嵌入原子，使其变形并处于永久的应力状态。实验表白，150到200兆帕斯卡的压力足以阻止枝晶穿过电解液。
此前，人们以为类似三明治的多层结构可避免枝晶结构天生。但新的实验证实，在垂直于电池极板偏向上挤压材料实际上会加重枝晶结构的形成。取而代之的应该是沿着平面的压力，就像是从三明治侧面挤压一样。
来源：科技日报
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