卡内基梅隆大学机械工程系麦迪逊·布鲁尔 在电化学领域，枝晶抑制域尚未被探索，尽管枝晶阻断机制已广为人知并得到研究
学分:卡内基梅隆大学工程学院 锂金属因其极高的比容量而成为下一代电池阳极最有前途的候选材料之一
然而，它的广泛使用受到了一个具有挑战性的障碍的阻碍:在多次充放电循环中，被称为枝晶的分形细丝可以通过电解液从负极生长到正极，并从内部使电池短路，从而引起了主要的安全问题
在《自然材料》杂志发表的一篇论文中，卡内基梅隆大学机械工程系副教授文卡特·维斯瓦纳坦和他的合著者通过研究固体离子导体(SIC)——一种可以用作阳极和电解质之间隔板的成分——如何防止枝晶来解决这个问题
他们首先设计了一个理论模型来建立设计规则，使集成电路达到电沉积循环的稳定性
从这个模型中，他们了解到这种稳定性主要取决于碳化硅的两个性质:剪切模量，一种刚度的度量，以及锂离子在碳化硅中运动时所占的体积
低剪切模量和小锂体积的材料抑制枝晶，而高模量和大锂体积的材料阻止枝晶
这产生了两个稳定区域:一个抑制枝晶，一个阻止枝晶
虽然枝晶阻断机制在电化学领域已经众所周知并得到研究，但枝晶抑制域尚未被探索
通过与LBNL劳伦斯伯克利国家实验室的布雷特·赫尔姆斯团队合作，该团队看到了在这个以前未被认识的稳定区域内科学进步的巨大机遇，设计了一种基于聚合物的复合碳化硅，专门用于探测这种枝晶抑制机制并验证他们的假设
利用一系列计算和实验技术，他们证明了这种新材料，通过进入以前未知的稳定域，确实可以绕过困扰锂金属用作高容量阳极的枝晶障碍
他们的工作可以作为下一代电池进一步发展的垫脚石，这是驱动令人兴奋的新技术(如飞行汽车)所必需的
这篇题为“防止锂金属电池枝晶形成的固体离子导体通用化学机械设计规则”的论文发表在2020年4月的《自然材料》杂志上
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