锂电池产业一直因为其有望的前景备受瞩目，最近，麻省理工学院的一项研究为固态锂电池的进一步突破性发展提供了线索。
在11月18日的《焦耳》杂志上，麻省理工大学华裔科学家、蒋教授领导的团队成功解释了锂枝晶在可充电锂电池中的形成，以及如何防止其通过电解质，解决了固体锂电池开发中的问题，为设计更轻、更紧凑、更安全的电池迈出了重要一步。
《焦耳》是Nature能源领域的顶级期刊杂志。
研究指出，目前可充电锂金属电池的商业用途仍然非常有限，其中一个重要原因是锂枝晶体（树突出）。锂枝晶体是一种细长的触须金属丝，在锂阳极上形成的小树缺陷，如果树突出与阴极接触，就会导致电池短路。
科学家们一直致力于用锂金属阳极取代现有电池中使用的石墨阳极。锂金属阳极的理论容量是传统石墨阳极的10倍。然而，由于树突的存在，电池的使用寿命将大大缩短。 因此，媒体称，麻省理工大学在锂枝晶研究上的突破是固态锂电池发展的重要里程碑。
锂枝晶是由机械应力形成的
在之前的研究中，一些研究人员认为锂枝晶是在纯电化学过程中形成的，而不是机械过程，但麻省理工大学团队发现机械应力是问题。
电池枝晶的形成过程通常发生在不透明材料的深处，无法直接观察到。因此，研究人员开发了一种使用透明电解质制造薄电池的方法，可以直接看到和记录整个过程。
姜业明教授说，在小组的早期研究中，他们有一个意想不到的发现：在电池充放电过程中，固态电池的电解质材料可以通过锂穿透，他们还发现锂离子会在电池两侧来回移动，导致电极体积的变化。
他说：
机械应力是由于固体电解质必须与两个电极完全接触而产生的。
因此，锂的沉积增加了电池一侧的体积。如果有小缺陷，在电池使用过程中，会对这些小缺陷造成压力，产生锂枝晶体。
利用机械应力控制锂枝晶的方向
因此，在发现机械应力是锂枝晶的原因后，蒋教授的团队开始研究如何利用机械应力控制锂枝晶。
根据之前的研究报告，几十年来，研究人员一直认为坚硬的固体电解质，如陶瓷电解质可以防止树穿透电池，有很多人认为需要从一开始就防止树突形成或核，否则会像汽车挡风玻璃上的小裂缝。
蒋业明发现，锂枝晶的生长可以直接控制，只需施加和释放压力，使锂枝晶与力的方向完全一致，不需要消除锂枝晶：机械应力的应用可以引导它们与两个电极平行，防止它们穿过另一边，从而不会造成短路。蒋教授说：
利用机械压力弯曲材料，证明我们能够控制锂枝晶的生长方向。
同时，MIT该团队还设计了几种在商用电池中实现的方法。该装置可与具有不同热膨胀性能的材料结合使用机械应力，或在材料中混合嵌入原子，使其变形并处于永久应力状态。
更重要的是，实验表明，约150至200兆帕斯卡的压力足以防止锂枝晶通过电解质，目前该方案完全可以实现。相信在不久的将来锂电池将在新能源行业取得更大的突破。
