鋰金屬因具有高比容量，是最有前景的下一代電池陽極。不過，其廣泛應(yīng)用受到挑戰(zhàn)性阻礙：在多次充放電循環(huán)中，稱作樹突的枝晶會通過電解質(zhì)從電池負(fù)極生長到正極，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，造成嚴(yán)重的安全問題。
然而，據(jù)外媒報道，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon）機械工程系助理教授Venkat Viswanathan研究了固態(tài)離子導(dǎo)體（SIC）組件可作為陽極和電解質(zhì)之間的隔板，阻止樹突蔓延。
研究人員們首先設(shè)計了一個理論模型，以建立SIC必須遵守的設(shè)計規(guī)則，確保電沉積循環(huán)的穩(wěn)定。從該模型中，研究人員了解到此種穩(wěn)定性主要取決于SIC的兩個特性：剪切模量（測量剛度）和鋰離子在SIC移動時所占的體積。
剪切模量更低且鋰體積較小的材料會抑制樹突的生長，而剪切模量高且鋰體積大的材料則會阻止樹突（蔓延），從而實現(xiàn)了兩個穩(wěn)定的區(qū)域：一個抑制樹突的區(qū)域，一個阻斷樹突的區(qū)域。雖然在電化學(xué)領(lǐng)域，人們已經(jīng)知道并研究了阻斷樹突的機制，但是尚未探索出抑制樹突生長的機制。
通過與勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）Brett Helms團隊合作，研究人員們意識到以前從未被認(rèn)識到的穩(wěn)定區(qū)域是取得重大科學(xué)進步的巨大機會，于是，設(shè)計了一種基于聚合物的復(fù)合SIC，專用于探測抑制樹突生長的機制，并驗證假設(shè)。
通過一系列計算和實驗技術(shù)，研究人員們證明，通過訪問之前未知的穩(wěn)定區(qū)域，此種材料確實可以避開樹突生長的障礙，畢竟樹突一直在阻礙鋰金屬用作高容量陽極。
他們的研究可作為進一步研發(fā)下一代電池的基礎(chǔ)，而下一代電池對于驅(qū)動飛行汽車等新技術(shù)將必不可少。