電池研究領域充滿了路障和瓶頸，但有一個問題是無法繞過的，被稱為枝晶的生長物持續困擾著許多類型的下一代電池設計，但麻省理工學院領導的新研究聲稱已經發現了問題的根源，並表明如何通過巧妙地使用機械應力來消除它。

枝晶是薄薄的、像觸角一樣的金屬絲，當鋰電池循環次數足夠多或者工況不佳時，它們會在電極上發展，蜿蜒進入電解液，導致短路、變熱甚至起火等問題。我們已經看到了各種抑制枝晶生長的創造性方法，但是這項新研究的作者認為他們已經為這個問題帶來了新的、亟需的解決方案。

科學家們正在試驗一種固態電池，一種以固態電解質材料而不是傳統的液體電解質為特徵的結構，就像在一個典型的電池中，當設備被充電和放電時，鋰離子在兩個電極之間穿梭，在這種情況下，鋰離子會通過固體電解質。

研究人員發現，儘管固體電解質是由一種相對堅硬的材料製成的，但當離子在兩側的電極之間移動時，非常柔軟的鋰能夠穿透它。這是電極在接受和沈積鋰時體積變化的結果，這反過來會導致有問題的機械應力。

麻省理工學院教授Yet-Ming Chiang說：”為了沉積這種金屬，必須有一個體積的擴張，因為正在增加新的質量。因此，在鋰被沉積的電池一側，體積會增加。如果有哪怕是微小的缺陷存在，這將對這些缺陷產生壓力，從而導致開裂。”

研究人員說，這些裂縫是枝晶形成的條件，他們能夠在一種設計為透明的實驗性電解質材料中重現這一過程。枝晶的形成通常是在電池單元的不透明材料中進行的，這也是關於什麼原因導致枝晶以及如何阻止枝晶形成的矛盾觀點之一。通過能夠直接觀察這一現象，科學家們能夠想出新的方法來防止枝晶造成損害。

在後續的實驗中，研究小組表明有可能施加機械壓力，以引導枝晶的生長，使它們完全按照壓力的方向”之”字形生長。雖然不能完全阻止它們的形成，但這意味著它們有可能被轉入電極中長期生長，而不是迅速地伸到電解質當中造成電池本體的破壞。

該團隊通過使用機械壓力彎曲材料來證明這一點，並設想在現實生活中的電池中實現這一目標的一些方法。該設備可以加入具有不同熱膨脹特性的材料，以誘發彎曲，進而產生機械壓力，或者可以在材料中摻入導致扭曲的原子。重要的是，控制枝晶生長所需的壓力大約為150至200兆帕，該團隊表示這並不難實現。

如果他們能做到這一點並設計出一種電池，通過讓枝晶無害地穿過電極生長來克服這一問題，這項工作可能會釋放出非常有前途的下一代架構，如固態鋰金屬電池。用純鋰金屬代替石墨和銅作為陽極之一，這些電池可以提供數倍於當今電池的能量密度，同時也更輕更安全，因為它們不使用易燃的液體電解質。

從這裡開始，該團隊的目標是展示一種具有這種形式的所需機械應力的功能性電池，以指導枝晶的形成方向。

該研究發表在《焦耳》雜誌上。