鋰離子電池經(jīng)常在電極之間形成針狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電池短路，甚至引起火災(zāi)。
日前，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)找到了一種培養(yǎng)和觀察鋰晶須和樹枝狀晶體的方法，以了解阻止或防止鋰晶須和樹枝狀晶體出現(xiàn)。
賓夕法尼亞州立大學(xué)機(jī)械工程教授張素琳（SulinZhang）表示：“由于這種晶須很小，很難探測(cè)到它的成核過程，也很難觀察到它的形成過程。鋰的極高反應(yīng)活性也使得實(shí)驗(yàn)檢測(cè)它的存在和測(cè)量它的性質(zhì)非常困難。”鋰晶須和樹枝狀晶體是厚度僅幾百納米的針狀結(jié)構(gòu)，可
以從鋰電極通過液體或固體電解質(zhì)向正極生長，使電池短路，甚至引發(fā)火災(zāi)。
來自中國、佐治亞理工學(xué)院和賓夕法尼亞州立大學(xué)的合作團(tuán)隊(duì)利用二氧化碳大氣在環(huán)境透射電子顯微鏡（ETEM）中成功地培育出了鋰晶須。
二氧化碳與鋰的反應(yīng)形成一層氧化物，有助于穩(wěn)定晶須。這項(xiàng)研究最近發(fā)布在《自然－納米技術(shù)》雜志上。論文名字是“通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試－原子力顯微鏡揭示鋰晶須的形成和生長應(yīng)力的產(chǎn)生”。
研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地使用原子力顯微鏡（AFM）作為反電極，并且集成的ETEM － AFM 技術(shù)能夠同時(shí)成像晶須形成和測(cè)量生長應(yīng)力。
如果生長應(yīng)力過高，它會(huì)穿透并破壞固態(tài)電解質(zhì)，晶須就會(huì)繼續(xù)生長，最終導(dǎo)致電池短路。
張素琳說：“現(xiàn)在我們知道了生長應(yīng)力的極限，我們可以相應(yīng)地設(shè)計(jì)固體電解質(zhì)以防止這種情況。”基于鋰金屬的全固態(tài)電池因其更高的安全性和更強(qiáng)的能量密度而備受青睞。
張素琳說，這項(xiàng)新技術(shù)將受到機(jī)械和電化學(xué)界的歡迎，并將在許多其他應(yīng)用中發(fā)揮作用。研究小組的下一步工作是觀察樹枝狀晶體在TEM 下與更真實(shí)的固態(tài)電解質(zhì)形成的過程，以確切地了解發(fā)生了什么。