當涉及到電池枝晶形成時負數會產生積極的結果

消費者的需求驅使工程師設計出更緊湊的電池，同時保持甚至提高容量。從表面上看，似乎有足夠的空間來增加電池容量，而又不會將充電電流密度提高到臨界電流密度(稱為極限電流密度)，否則電池可能會短路。

然而，已知以電流密度(在定義的時間內流經特定區域的電量)遠低于其既定閾值的電池會發生故障。

現在，麥凱維工程學院能源，環境和化學工程助理教授彭柏的實驗室進行的研究不僅具有逼近閾值的能力，而且還能夠準確預測任何特定電流密度下的短路時間。

研究結果于8月在線發表在“能源與環境科學”雜志上。

研究人員不僅描述了這種關系，而且還能夠用一個數字來表達它。“這一個數字定義了最重要的物理量，電流密度和短路時間之間的關系。”第一作者，白族實驗室的博士生Youngju Lee說。另一位博士生馬炳元也在研究團隊中。

鋰電池可能有多種失效方式，但長期以來與大電流相關的問題是枝晶滲透。樹突是可以在電池的鋰鍍層上形成的樹狀結構。它們可以快速穿透電池的陶瓷隔板，即電池陽極和陰極之間的多孔塑料膜。一旦枝晶穿過隔板，電池就會短路。

樹枝狀晶體的生長取決于電流密度，但樹枝狀晶體會以比預期或設計高出三個數量級的電流密度在電池中彈起。

在先前對電池故障的研究中，研究人員將打開電池并在隔板上看到黑點，表明樹狀晶體已滲入隔板的位置。

當Lee做同樣的事情并分析斑點覆蓋的面積時，它們竟然是隔板總面積的0.1%，這意味著負責的電流必須比預期高1000倍。

盡管還沒有達到臨界電流密度，但電池如何短路仍然是一個難題。

Bai說：“在設計電池時，我們使用電極或隔板的整個面積來計算電流密度。” 但是，導致高電流密度的任何因素均在本地發生。

利用Bai實驗室開發的獨特，透明的毛細管電池，他們能夠觀察鋰金屬的生長動態，并重建通過隔板孔的實際金屬滲透動態。Bai說：“我們發現它比我們想象的要復雜。” “它對通道的幾何形狀非常敏感。”

從本質上講，他們發現具有匯聚截面面積的單個電解質通道，以及可能在金屬生長方向上引起越來越少的滲透孔的有效實用的隔板，將加速并加劇動力學并導致更快的短路。

李說：“但是，如果你擁有一個不斷擴大的渠道，你可以延遲甚至避免樹突的形成。” “這就是我們發現的東西。我們如何描述這些渠道?”