電池研究人員通常將重點放在如何使裝置更安全上，加州大學聖迭戈分校（UCSD）的科學家報告了在這一領域取得的有希望的進展。該團隊新開發的安全功能可充當鋰金屬電池的“溢洪道”，以阻止發生故障時發生的電子流，從而防止熱量迅速積聚以及危險的火災和爆炸。
鋰金屬電池在效能方面具有很大的潛力，但在目前的形式上很容易發生故障。這是由於被稱為樹枝狀晶體的針狀結構的生長所致，該樹枝狀結構在電池充電後在陽極上形成，並且可以刺穿隔板，而隔板是在陽極和陰極之間形成的屏障，可減慢能量和熱量的流動。
當這個障礙被破壞並且電子可以更自由地流動時，它們會產生更多的熱量，並且事情會失控，導致電池過熱、失效、著火甚至爆炸。科學家們正在尋求以各種方式解決鋰金屬電池中的這些問題，其中使用超聲波或特殊的保護層來防止枝晶生長只是其中的幾種可能性。
UCSD團隊的解決方案涉及對隔板元件的設計進行調整，使其覆蓋部分導電奈米管網中的一側。當枝晶形成並刺穿隔膜時，電子聚集在該網上並緩慢地從電池中排出，而不是一次全部淹沒。該團隊將此比喻為大壩發生故障時溢洪道的工作方式。
“當大壩開始發生故障時，將開啟溢洪道，以使水以可控的方式滴流，這樣當大壩破裂並溢位時，就不會有太多的水引起洪水，”論文的第一作者馬修·岡薩雷斯（Matthew Gonzalez）表示。“這就是我們分離器的想法。我們正在消耗電荷，速度要慢得多，並且要防止電子‘氾濫’到陰極。當樹枝狀晶體被隔離物的導電層攔截時，電池可以開始自放電，因此，當電池短路時，將沒有足夠的能量導致危險發生。”
在測試中，採用新隔板設計的鋰金屬電池在20至30個迴圈中逐漸退化，而使用傳統隔板的電池在單個迴圈中突然失效。儘管他們無疑會在效能方面追求更高的目標，但研究人員已經基於這些早期結果看到了設計的真正優勢。
“在實際用例中，您不會有任何提前警告，表明電池將要發生故障。前一秒鐘可能好好的，然後下一秒鐘可能著火或完全短路。這是不可預測的。”岡薩雷斯說。“但是使用我們的隔板，您會得到預先警告，每次充電時，電池都會變得越來越差。”
該研究發表在《先進材料》雜誌上。
電池研究人員通常將重點放在如何使裝置更安全上，加州大學聖迭戈分校（UCSD）的科學家報告了在這一領域取得的有希望的進展。該團隊新開發的安全功能可充當鋰金屬電池的“溢洪道”，以阻止發生故障時發生的電子流，從而防止熱量迅速積聚以及危險的火災和爆炸。
鋰金屬電池在效能方面具有很大的潛力，但在目前的形式上很容易發生故障。這是由於被稱為樹枝狀晶體的針狀結構的生長所致，該樹枝狀結構在電池充電後在陽極上形成，並且可以刺穿隔板，而隔板是在陽極和陰極之間形成的屏障，可減慢能量和熱量的流動。
當這個障礙被破壞並且電子可以更自由地流動時，它們會產生更多的熱量，並且事情會失控，導致電池過熱、失效、著火甚至爆炸。科學家們正在尋求以各種方式解決鋰金屬電池中的這些問題，其中使用超聲波或特殊的保護層來防止枝晶生長只是其中的幾種可能性。
UCSD團隊的解決方案涉及對隔板元件的設計進行調整，使其覆蓋部分導電奈米管網中的一側。當枝晶形成並刺穿隔膜時，電子聚集在該網上並緩慢地從電池中排出，而不是一次全部淹沒。該團隊將此比喻為大壩發生故障時溢洪道的工作方式。
“當大壩開始發生故障時，將開啟溢洪道，以使水以可控的方式滴流，這樣當大壩破裂並溢位時，就不會有太多的水引起洪水，”論文的第一作者馬修·岡薩雷斯（Matthew Gonzalez）表示。“這就是我們分離器的想法。我們正在消耗電荷，速度要慢得多，並且要防止電子‘氾濫’到陰極。當樹枝狀晶體被隔離物的導電層攔截時，電池可以開始自放電，因此，當電池短路時，將沒有足夠的能量導致危險發生。”
在測試中，採用新隔板設計的鋰金屬電池在20至30個迴圈中逐漸退化，而使用傳統隔板的電池在單個迴圈中突然失效。儘管他們無疑會在效能方面追求更高的目標，但研究人員已經基於這些早期結果看到了設計的真正優勢。
“在實際用例中，您不會有任何提前警告，表明電池將要發生故障。前一秒鐘可能好好的，然後下一秒鐘可能著火或完全短路。這是不可預測的。”岡薩雷斯說。“但是使用我們的隔板，您會得到預先警告，每次充電時，電池都會變得越來越差。”
該研究發表在《先進材料》雜誌上。