化學(xué)工程學(xué)教授LyndenArcher認(rèn)為，需要進行電池技術(shù)“革命”-并認(rèn)為他的實驗室已經(jīng)開始了其中一次拍攝。

“我們現(xiàn)在所擁有的（鋰離子電池技術(shù)）實際上處于其能力的極限，”史密斯化學(xué)和生物分子工程學(xué)院JamesA.Friend家族杰出工程教授Archer說?！颁囯x子電池已經(jīng)成為推動新電子技術(shù)發(fā)展的主力，其理論存儲容量超過90％。小的工程調(diào)整可能導(dǎo)致更好的電池和更多的存儲，但這不是一個長期的解決方案。

“你需要一種激進的思維變化，”他說，“這意味著你一開始就要開始?！?br/>
Snehashis“Sne”Choudhury博士'18提出了Archer提出的使用能量密度高的金屬鋰陽極的可充電電池的一個基本問題的“優(yōu)雅”解決方案：由于枝晶（從陽極生長的鋰的尖刺）引起的有時是災(zāi)難性的不穩(wěn)定性，離子在充電和放電循環(huán)期間來回穿過電解質(zhì)。

如果枝晶突破分離器并到達陰極，則會發(fā)生短路和火災(zāi)。已經(jīng)顯示固體電解質(zhì)機械地抑制枝晶生長，但是以快速離子遷移為代價。Choudhury的解決方案：通過電解質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)來限制枝晶的生長，這可以通過化學(xué)方法進行控制。

使用阿奇集團于2015年推出的反應(yīng)程序，他們采用“交聯(lián)毛狀納米粒子”-二氧化硅納米粒子和官能化聚合物（聚環(huán)氧丙烷）的接枝物-創(chuàng)造多孔電解質(zhì)，有效延長離子必須行進的路線從陽極到陰極并返回，極大地延長了陽極的使用壽命。

他們的論文“在結(jié)構(gòu)化電解質(zhì)中限制金屬的電沉積”于6月11日在美國國家科學(xué)院院刊上發(fā)表。Choudhury和DylanVu是化學(xué)工程專業(yè)的新生，他們是合作的第一作者。

“想象一下，在迷宮中，每個關(guān)口都會遇到障礙，”阿徹說?！霸谀芰看鎯Ψ矫?，目標(biāo)是盡可能多地將能量包裝到盡可能小的空間中，以最大限度地減小整體設(shè)備尺寸。因此，從絕對意義上講，組件之間不可能有很長的分隔距離，但我們已經(jīng)表明，通過引入曲折的運輸路徑來增加長度尺度是可能的?！?br/>
前往斯坦福大學(xué)從事博士后研究工作的Choudhury也設(shè)計了一種直接觀察其實驗電池內(nèi)部運行的方法。該小組通過Choudhury的設(shè)備確認(rèn)了關(guān)于枝晶生長的理論預(yù)測。

“這是我想要做的事情，我猜，三位博士。學(xué)生的一生，“自2000年以來一直在康奈爾大學(xué)工作的阿切爾笑著說。“Sne能夠做的是設(shè)計一個單元，使我們能夠非常優(yōu)雅地觀察鋰金屬界面發(fā)生的情況，讓我們現(xiàn)在有能力超越理論預(yù)測?！?br/>
阿切爾說，這項工作的另一個新穎之處是“推翻了電池科學(xué)中的經(jīng)典之作”。人們一直認(rèn)為，為了抑制樹枝狀晶體生長，電池內(nèi)部的隔膜必須比它試圖抑制的金屬更強，但Choudhury的多孔聚合物隔膜-平均孔徑低于500納米-顯示阻止生長。

“即使人們設(shè)計了一個柔軟的分離器，但納米結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生曲折，你可以到達那里，”阿徹說。“我們試圖做的一部分是平衡創(chuàng)造技術(shù)相關(guān)系統(tǒng)的愿望和從根本上理解事物的愿望。如果你這樣做，你可以設(shè)計新的系統(tǒng)?！?br/>
這位合著者之一--Vu-是一名大學(xué)生，在康奈爾大學(xué)和他的團隊中并不罕見，阿切爾說。

“這是一個優(yōu)先考慮的事情，通過讓他們接觸研究，基本上為本科經(jīng)驗增加價值，”他說。“說起來容易做起來難，做起來容易，因為本科生一般不在這里進行研究。......而且Sne以一種奇跡般的方式管理著與他合作過的每一位大學(xué)生一起寫下這樣的素質(zhì)?！?br/>
MukulTikekar博士'17，博士生AlexanderWarren和ZhengyuanTu也為這項工作做出了貢獻，得到了國家科學(xué)基金會的資助。