加州大学戴维斯分校化学工程系的万建迪副教授的研究小组在《科学进展》上发表了一篇新论文，提出了一种解决锂可充电锂电池枝晶生长的潜在解决方案。Wan的团队在论文中证明，在阴极附近流动的离子有可能扩大这些下一代可充电电池的安全性和使用寿命。
锂金属电池使用锂金属作为阳极。这些电池具有高电荷密度，并且可能使常规锂离子电池的能量增加一倍，但是安全性是一个大问题。当它们带电时，一些离子会在阴极表面还原为锂金属，并形成不规则的树状微结构，称为树突，最终可能导致短路甚至爆炸。
从理论上讲，树枝状晶体的生长是由质量传递的竞争和阴极表面附近锂离子的还原速率的竞争引起的。当离子的还原速度快于传质速度时，它会在阴极附近产生一个不包含离子的电子中性间隙，称为空间带电层。人们认为该层的不稳定性会导致枝晶生长，因此减少或消除它可能会减少枝晶生长，从而延长电池寿命。
锂金属电池容易产生金属树枝状晶体，会导致电池短路或爆炸。加州大学戴维斯分校的工程师表明，阴极附近的离子错流可以防止此问题。在该图中，增加电极上的流速可减少表面上树枝状晶体的生长。
树突生长减少了99％
Wan的想法是使离子在微流体通道中流过阴极，以恢复电荷并弥补这一缺口。该团队在论文中概述了其概念验证测试，发现这种离子流最多可将枝晶生长降低99％。
对于Wan而言，这项研究令人兴奋，因为它表明了将微流体技术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。
他说：“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。”“还没有很多研究小组对此进行过研究。”
尽管不可能将微流体直接整合到实际电池中，但Wan的小组正在寻找其他方法来应用这项研究的基本原理，并在阴极表面附近引入局部流动以补偿阳离子并消除空间电荷层。
他说：“我们很高兴探索我们研究的新应用。”“我们已经在设计阴极表面以引入对流。”