一种在锂金属电池中枝晶生长的液体溶液

加州大学戴维斯分校化学工程系万建迪副教授的团队在《科学进展》杂志上发表了一篇新论文，提出了一种可充电锂金属电池中树突生长的潜在解决方案。在这篇论文中，Wan的团队证明了在阴极附近流动的离子有可能提高下一代可充电电池的安全性和使用寿命。

金属锂电池使用金属锂作为阳极。这些电池有很高的电荷密度，潜在的能量是传统锂离子电池的两倍，但安全性是一个大问题。当它们充电时，一些离子在阴极表面被还原成金属锂，并形成不规则的树状微结构--树突，最终可能导致短路甚至爆炸。

其理论是锂离子在阴极表面附近的传质速率和还原速率的竞争导致了枝晶的生长。当离子的还原速率比质量传递快得多时，它就会在阴极附近产生一种称为空间带电层的电中性间隙，该间隙中不含离子。该层的不稳定性被认为会导致枝晶的生长，因此减少或消除它可能会减少枝晶的生长，从而延长电池的寿命。

枝晶生长减少99%

Wan的想法是让离子通过一个微流控通道通过阴极来恢复电荷并抵消这个间隙。在论文中，该团队概述了他们的概念验证测试，发现这种离子流动可以减少枝晶生长高达99%。

对于Wan来说，这项研究令人兴奋，因为它显示了微流体应用于电池相关问题的有效性，并为该领域的未来研究铺平了道路。

“通过这项基础研究和微流体方法，我们能够定量地了解流动对枝晶生长的影响，”他说。“还没有很多团体对此进行过研究。”

虽然不太可能直接将微流体整合到真正的电池中，但Wan的团队正在寻找替代方法，应用这项研究的基本原理，在阴极表面附近引入局部流动，以补偿阳离子，消除空间电荷层。

他说:“我们很高兴能探索这项研究的新应用。”“我们已经开始设计阴极表面来引入对流。”