Top row:70千帕斯卡或千帕(小于一个大气压)下沉积锂的俯视图和横截面图底部row:350千帕或3.5个大气压下沉积锂的俯视图和横截面图较高的压力会导致锂颗粒以整齐堆叠的列沉积，这增加了沉积锂的体积并防止了多孔性。学分:加州大学圣地亚哥分校一组材料科学家和化学家已经确定了锂金属电池在电池运行过程中需要承受的适当堆压，以产生最佳性能。该团队包括来自加州大学圣地亚哥分校、密歇根州立大学、爱达荷国家实验室和通用汽车研发中心的研究人员，他们的发现发表在10月18日的《自然能源》杂志上。
使用锂金属代替石墨作为电池阳极是部分电池R&D领域的最终目标；这些锂金属电池(LMBs)有潜力将当今最好的锂离子技术的容量翻一番。例如，对于相同的电池重量，锂金属电池驱动的电动汽车的续航里程将是锂离子电池驱动汽车的两倍。
尽管与锂离子电池相比具有这一优势，但低分子量电池被认为不是电动汽车或电子设备的可行选择，因为它们的寿命短，存在潜在的安全隐患，特别是锂枝晶生长导致的短路。研究人员和技术人员已经注意到，在电池循环过程中让低分子量物质承受压力会提高性能和稳定性，有助于解决这一寿命挑战。但是这背后的原因还没有被完全理解。
“我们不仅回答了这个科学问题，还确定了所需的最佳压力，”加州大学圣地亚哥分校纳米工程系教授、该论文的资深作者Shirley Meng说。"我们还提出了新的测试协议，以获得最大的LMB性能."
在自然能源研究中，研究人员使用了几种表征和成像技术来研究电池在不同压力下的LMB形态和量化性能。
他们发现，更高的压力水平迫使锂粒子以整齐的柱状沉积，中间没有任何多孔空间。达到这个结果所需的压力是350千帕(大约3.5个大气压)。相比之下，承受较低压力的电池是多孔的，锂颗粒以无序的方式沉积，为枝晶的生长留下了空间。
研究人员还表明，该过程不会影响电池电解质的固体电解质界面结构。
但是，为了应用这种新技术，lmb的制造设施必须进行重组。
另一种提高性能的方法是在电池循环时不要完全放电。相反，研究人员保留了一个锂库，在那里可以发生再成核。
研究人员的发现在密歇根州的通用汽车研发中心得到了验证。
另外，爱达荷国家实验室的研究人员使用分子动力学模拟来理解这项工作中使用的堆压力范围，该范围远小于基于宏观力学模型的预期。研究人员解释了这一独特过程的机械起源。
“研究机构应该继续与国家实验室和行业合作，以解决电池领域的实际问题，”该论文的第一作者方承成说，她在孟的研究小组获得了博士学位，目前在密歇根州立大学任教。
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