新研究发现小锂金属强度大可抑制树突生长 让电池多存储50%能量

几乎许多人都面临着手机电池耗尽、无处充电的困境，尽管电动汽车越来越受欢迎，但它们也受到电池寿命的限制。事实上，电池的能量密度，即电池在给定质量或体积下所能保持的能量，一直是消费电子产品、电动汽车和可再生能源面临的主要挑战。

不过，据外媒报道，美国加州理工学院的这项新研究可以带来一些变化。研究人员的一项新发现可能会带来更安全、更强大的电池，使它们能够安全地储存50%以上的能量。传统的锂离子电池使用石墨作为阳极，石墨是电流进入电池的电极。30多年来，石墨因其重量轻、稳定性好、成本低以及能够承受无数次电池充电和放电循环而被选为阳极材料。然而，加州理工学院的研究人员表示，实际上有更好的材料可以制造电池阳极，但一些技术挑战需要克服。研究人员表示，“每一个需要电力的应用都可以受益于锂阳极，而不是石墨阳极，因为锂阳极可以提供更多的电力。锂重量轻，不占用太多空间，能量密度高。”然而，金属锂也有一个问题：当电池经历多次充电和放电循环时，锂自然形成枝晶，形成树枝状结构。在电池充电过程中，枝晶将不受控制地生长。当树枝状物刺穿电池系统时，它们会像短路的小电线一样，导致电池失效。长期以来，研究人员一直在寻找防止树突生长的新方法。一种方法是使用物理方法将一种物质压缩到锂金属上，以抑制树枝状生长。尽管锂离子电池通常具有液体电解质，但从理论上讲，使用固体电解质的电池可以施加足够的机械压力来抑制枝晶。然而，在对固体电解质电池进行研究后，发现枝晶仍在生长。研究人员怀疑，固体电解质的强度不足以抵抗树突的生长，因为他们低估了树突的强度，尽管树突的尺寸只有纳米。做出这一估计的原因是，锂是一种相对较软的金属，可以与铅和锡相比。最后，研究人员发现，较小的金属的强度可能是较大金属的100倍。2015年，研究人员雕刻了锂柱并测试了它们的弹性，发现它们的强度比人们想象的高出一个数量级。然而，实验装置并没有完全反映锂枝晶在实际电池中的性能。为了更准确地模拟这种情况，研究人员还设计了一种可以生长纯锂枝晶的电池，这种枝晶与电池中形成的枝晶非常相似。最终发现，这种枝晶的强度是大型锂枝晶的24倍。有了以上信息，研究人员现在对如何使锂阳极电池工作有了更好的了解。通常，用于固体电解质的材料，如聚合物和陶瓷，都有缺点。大多数聚合物太软，无法承受树枝状生长，而陶瓷在树枝状压力下容易破裂。

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