編譯／韋士塔

世界各地的實驗室多年來一直在研究如何讓電池更輕巧，充電速度更快；讓電池技術出現重大突破的關鍵，是用更薄、更輕的固態陶瓷材料層，取代位於正極、負極之間的液態電解質，並用固態金屬取代其中一個電極。這將大大縮減電池的整體尺寸及重量，並消除與易燃液態電解質相關的安全風險。

固態鋰電池具備能量密度高、使用溫度範圍大、不需放電完再充電、使用壽命長、安全性高等優點，近年來的應用範圍更擴及電動車領域，成為電動車普及的關鍵。

然而，當前固態鋰電池的一大困擾是電池內部會形成樹突（dendrites，樹枝狀結晶），因此無法大規模商業化。

研究人員指出，電池充電時，鋰離子從陰極流回陽極，以鋰金屬作為陽極的電池在反覆充放電過程中，陽極表面容易因為鋰沉積不均勻而形成樹突，樹突會穿透隔離膜接觸到陰極，可能導致電池短路，引發爆炸火災風險。

麻省理工學院（MIT）研究人員的一項發現，有助開啟設計新型可充電鋰電池的大門。MIT的最新研究，解釋了樹突形成的原理，進而探索如何將樹突轉移，防止枝晶穿過電解質。

MIT蔣業明教授的材料科學與工程團隊在發表於《焦耳》（Joule）期刊的論文表示，他們發現，用於固態電池的硬質固態電解質材料，會被鋰穿透。研究團隊研判，若由於沉積引起的機械應力增加導致樹突延伸，可以使用外部施加的壓力抵消內部壓力並減緩樹突生長。

樹突形成的過程通常發生在電池不透明材料的內部，無法直接觀察，但研究團隊開發一種使用透明電解質製作電池的方法，可以直接觀察並記錄。經過實驗，研究團隊證明他們可以透過施加及釋放壓力，直接操縱樹突的生長。

研究人員指出，對固態電解質施加機械應力，並不能消除樹突的形成，但可以控制其生長方向，也就是引導樹突與兩個電極保持平行，並防止它們穿過另一側。

參與這項研究的芬徹爾（Cole Fincher）表示，他們的研究成果，最終可能實現以固態電解質及金屬鋰電極生產電池，這不僅能提高電池的容量，而且可以減少對易燃材料液態電解質的需求。

在此同時，哈佛大學科學家也在研發電動車用的新型固態鋰金屬電池，不僅能大幅縮短充電時間，且使用壽命長達20年。

研究團隊指出，他們研發的電池技術結構與MIT團隊類似，類似三明治的多層結構，這樣的設計能夠阻止樹突穿透固態電解質，避免電池短路。

哈佛研究人員表示，他們開發的固態電池原型，最快可在幾分鐘內完成充電，並且循環充電超過1萬次；如果能發展至成熟階段，保證電池更安全又擁有高能量密度，這項技術足以顛覆當前的電池產業。