盖世汽车讯 与目前具有液态核心的普通不同，固态电池是由固态材料组成，因此更不易燃，且可以小型生产。据外媒报道，马克斯普朗克聚合物研究所（Max Planck Institute for Polymer Research）的科学家们开始研究固态电池生命周期，以延长其寿命，并获得了一定的成果，未来可以实现更耐用的固态电池。

图片来源：期刊《Nature Communications》

无论是电动汽车、手机还是充电式螺丝，许多日常使用的设备现在都使用可充电电池。然而，这种趋势也有其不利之处。例如，某些手机被禁止带上飞机，甚至有些电动汽车起火。现代商用锂离子电池对机械应力相当敏感。

但“固态电池”可以作为锂离子电池的替代。固态电池不包含液体核心，即电解质，而是完全由固体材料组成，例如陶瓷离子导体。因此，它们机械坚固、不易燃、易于小型化并且对温度波动不敏感。

但是固态电池在经过几次充放电循环后就暴露出问题：虽然电池的正负极在开始时仍然相互电隔离，但最终它们通过电池内部过程相互电连接：“锂枝晶”在电池中缓慢生长。

这些锂枝晶在每次充电过程中都会慢慢生长，直到两极相连，结果就会导致电池短路并“死亡”。然而，到目前为止，在这个过程中发生的确切物理过程还没有得到很好的理解。

由Hans-Jürgen Butt部门的Rüdiger Berger领导的团队现在已经解决了这个问题，并使用特殊的显微镜方法更详细地研究了这个过程。他们研究了锂枝晶从何处开始生长的问题。锂枝晶是否就像在流石洞里，洞顶长出钟乳石，洞底长出石笋，然后在中间汇合，形成所谓的“石笋”？

电池没有顶部和底部，但枝晶是从负极长到正极还是从正极长到负极呢？还是它从两极平均增长？还是电池中有特殊的地方会导致成核，然后从那里开始生长？

Rüdiger Berger的团队特别研究了陶瓷固体电解质中所谓的“晶界”。这些边界是在固体层的生产过程中形成的：陶瓷晶体中的原子基本上非常规则地排列。然而，由于晶体生长中的微小随机波动，会在原子不规则排列的位置形成线状结构，即所谓的“晶界”。

研究人员使用“开尔文探针力显微镜（Kelvin Probe Force Microscopy）”用尖锐的尖端扫描表面来观察这些晶界。博士生Chao Zhu与Rüdiger Berger表示：“如果固态电池充电，开尔文探针力显微镜会看到电子沿着晶界聚集，尤其是在负极附近。晶界不仅改变了陶瓷原子的排列，也改变了它们的电子结构。”

由于电子的积累，即负粒子，在固体电解质中移动的带正电的锂离子可以被还原成金属锂。结果导致锂沉积物和锂枝晶形成。如果重复充电过程，枝晶会继续生长，直到最后电池的两极连接起来。这种枝晶生长初始阶段的形成仅在负极观察到，但在相反的正极没有观察到生长。

科学家们希望通过对生长过程的精确了解，也能够开发出有效的方法来阻止或至少限制负极的生长，以便将来也可以在其他领域使用更安全的锂固态电池。