從智能手機(jī)到電動(dòng)汽車，當(dāng)今的許多技術(shù)都使用鋰離子電池。這意味著消費(fèi)者必須保持充電器的便利。iPhoneX電池只能持續(xù)21個(gè)小時(shí)的通話時(shí)間，而特斯拉的S型號(hào)則有335英里的范圍-這意味著您可以從特拉華州的紐瓦克市到羅得島的普羅維登斯市，但不是所有的方式都去波士頓，一次充電。

　　世界各地的科學(xué)家-甚至包括鋰離子電池的發(fā)明人JohnGoodenough-都在尋找使充電電池更安全，更輕，更強(qiáng)大的方法。

　　現(xiàn)在，由特拉華大學(xué)機(jī)械工程教授，燃料電池和蓄電池中心主任魏秉慶領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究小組正在開(kāi)展工作，為更廣泛地使用鋰金屬電池奠定基礎(chǔ)這將比目前消費(fèi)電子產(chǎn)品中常用的鋰離子電池容量更大。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種方法來(lái)緩解鋰金屬電池中的枝晶形成，他們?cè)贜anoLetters上發(fā)表的論文中描述了這種方法。

　　鋰金屬電池的承諾（和陷阱）

　　在鋰離子電池中，陽(yáng)極或電流產(chǎn)生側(cè)由諸如石墨的材料制成，其中鋰離子結(jié)合到其上。鋰離子流向陰極或集流側(cè)。

　　在鋰金屬電池中，陽(yáng)極由鋰金屬制成。電子從陽(yáng)極流向陰極發(fā)電。由鋰金屬制成的可再充電電池具有很多希望，因?yàn)殇囀亲罹唠姎庑阅艿慕饘俨⑶揖哂蟹浅８叩娜萘俊?/p>

　　“理論上講，鋰金屬是電池的最佳選擇之一，但在實(shí)踐中很難處理，”魏說(shuō)。

　　鋰金屬電池迄今效率低下，不穩(wěn)定，甚至有火災(zāi)隱患。他們的表現(xiàn)受到鋰枝晶的阻礙，看起來(lái)像是由鋰沉積物制成的小石筍。隨著電池的使用，鋰離子會(huì)聚集在陽(yáng)極上。隨著時(shí)間的推移，鋰沉積物變得不均勻，導(dǎo)致這些樹枝狀物的形成，這可能導(dǎo)致電池短路。

　　新的理解

　　世界各地的研究小組已經(jīng)嘗試了各種技術(shù)來(lái)抑制這些樹突的形成和生長(zhǎng)。在研究文獻(xiàn)后，魏發(fā)現(xiàn)幾乎所有應(yīng)用的技術(shù)都可以在一個(gè)保護(hù)傘下理解：在系統(tǒng)中引入一層多孔材料可以阻止樹枝狀物聚集在陽(yáng)極上。

　　研究小組利用數(shù)學(xué)建模發(fā)現(xiàn)，多孔材料抑制了樹突的引發(fā)和生長(zhǎng)。確實(shí)形成的樹突比缺乏多孔膜的系統(tǒng)中形成的樹突短75％。為了進(jìn)一步證明這一發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)制造了一種由多孔氮化硅細(xì)絲制成的膜片，每片膜片的百分之一不到百萬(wàn)分之一。然后他們將這種膜整合到電池中的鋰金屬電池中并運(yùn)行3000小時(shí)。沒(méi)有樹突長(zhǎng)大。

　　“這個(gè)基本的理解可能并不局限于我們使用的氮化硅，”Wei說(shuō)。“其他多孔結(jié)構(gòu)也可能做到這一點(diǎn)。”

　　更重要的是，這個(gè)原則還可以擴(kuò)展到其他電池系統(tǒng)，如鋅或鉀基電池，他說(shuō)。

　　“在這個(gè)金屬電池領(lǐng)域，這是最新的理解，”他說(shuō)。“這是一種可能產(chǎn)生重大影響的工作。”