從智能手機到電動汽車，當今的許多技術都使用鋰離子電池。這意味著消費者必須保持充電器的便利。一個iPhone X電池只能持續21個小時的通話時間，而特斯拉的S型號則有335英里的範圍 - 這意味著你可以期望從特拉華州的紐瓦克到羅德島州的普羅維登斯，但不是所有去波士頓的路，一次充電。
世界各地的科學家 - 甚至包括自己的鋰離子電池發明人John Goodenough - 都在尋找使充電電池更安全，更輕，更強大的方法。
現在，特拉華大學機械工程教授，燃料電池和蓄電池中心主任魏秉慶領導的國際研究小組正在開展工作，為更廣泛地使用鋰金屬電池奠定基礎這將比目前消費電子產品中常用的鋰離子電池容量更大。該團隊開發了一種方法來緩解鋰金屬電池中的枝晶形成，他們在Nano Letters上發表的論文中描述了這種方法。
鋰金屬電池的承諾
在鋰離子電池中，陽極或電流產生側由諸如石墨的材料製成，其中鋰離子結合到其上。鋰離子流向陰極或集流側。
在鋰金屬電池中，陽極由鋰金屬製成。電子從陽極流向陰極發電。由鋰金屬製成的可再充電電池具有很多希望，因為鋰是最具電氣性能的金屬並且具有非常高的容量。
“理論上講，鋰金屬是電池的最佳選擇之一，但在實踐中很難處理，”魏說。
鋰金屬電池迄今效率低下，不穩定，甚至有火災隱患。他們的表現受到鋰枝晶的阻礙，看起來像是由鋰沉積物製成的小石筍。隨著電池的使用，鋰離子會聚集在陽極上。隨著時間的推移，鋰沉積物變得不均勻，導致這些樹枝狀物的形成，這可能導致電池短路。
新的理解
世界各地的研究小組已經嘗試了各種技術來抑制這些樹突的形成和生長。在研究文獻後，魏發現幾乎所有應用的技術都可以在一個傘下理解：在系統中引入一層多孔材料可以阻止樹枝狀物聚集在陽極上。
研究小組利用數學建模發現，多孔材料抑制了樹突的引發和生長。確實形成的樹突比缺乏多孔膜的系統中形成的樹突短75％。為了進一步證明這一發現，該團隊製造了一種由多孔氮化矽細絲製成的薄膜，每個薄膜的尺寸小於百萬分之一米。然後他們將這種膜整合到電池中的鋰金屬電池中並運行3000小時。沒有樹突長大。
“這個基本的理解可能並不局限於我們使用的氮化矽，”Wei說。 “其他多孔結構也可能做到這一點。”
更重要的是，這個原則還可以擴展到其他電池系統，如鋅或鉀基電池，他說。
“在這個金屬電池領域，這是最新的理解，”他說。 “這是一種可能產生重大影響的工作。”
