據外媒報導，科學家們希望改善當今鋰電池性能的眾多方法之一就是將部分液體成分替換為固體成分。這些被稱為固態電池的實驗裝置通過大幅提高電池內部的能量密度來極大地延長電動汽車和移動設備的使用壽命。現在，來自麻省理工學院(MIT)的科學家們就帶來了一個令人興奮的未來進展，其展示了一種克服了一些當前設計限制的新型固態電池結構。
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在普通鋰電池中，當電池充電和放電時，液體電解質以離子的形式在正負極之間來回移動，但問題之一是，這種液體的揮發性極強，有時甚至還會引發電池起火，就像當年的三星Galaxy Note 7智慧型手機那樣。
將這種液體電解質替換為固體材料不僅能讓電池變得更加安全、更不容易著火，而且還能為電池的其他關鍵部件發現新的可能性。根據最近發表在《Trends in chemistry》上的一篇研究論文顯示，目前鋰電池的陽極由銅和石墨混合製成，但如果它由純鋰製成則可能能打破當前鋰離子化學的能量密度瓶頸。
因此，純鋰陽極的巨大潛力使其成為了電池研究人員的一個高度優先考慮的對象，而一個關鍵的踏腳石是引入一種可行的固體電解質使其能夠工作。但真想要實現則存在著重大障礙，當電池充電時，鋰金屬內部的原子堆積導致其膨脹，在使用過程中又會因為減少而導致金屬收縮，這使得材料之間幾乎不可能持續接觸並還可能導致電解質破裂。
這就是MIT新電池架構可能克服的問題。該團隊開發了一種被叫做混合離子-電子導體(MIEC)和電子和鋰離子絕緣體(ELI)的固體材料組合。它們被打造成一個三維蜂窩狀結構，而由MIEC製成的納米管構成了這個謎題的關鍵部分。
這些管被注入固體鋰金屬形成的電池陽極。由於每個管子內部都有額外的空間，所以鋰金屬在充放電的時候能有多餘的空間來進行膨脹和收縮。通過這種方式，這種材料在固體和液體材料之間保持著微妙的平衡並且移動方式非常像液體。
所有這一切都發生在蜂窩結構的陽極內，ELI則被塗在管壁上充當其跟固體電解質之間的粘合劑。這意味著當電池充電時，鋰金屬的波動尺寸完全包含在結構內部，其外部尺寸則保持不變。
團隊得到的研究結果是電池正極的化學性和機械性在充放電過程中表現穩定，而鋰也不會跟固體電解質失去電接觸。對此，團隊認為這是其他實驗固態電池的重大進步，因為通常情況下固態電池需要混合某種液體電解質才能工作。
據悉，團隊對這種固態電池結構進行了實驗，根據報告了解到，該種電池能夠承受100次充放電循環，在這個過程中沒有出現任何斷裂的跡象。未來，這項技術將可能會製造出重量約為當前設計1/4但存儲容量相同的陽極。這一團隊表示，通過跟其他先進的陰極設計相結合，未來將可以生產出重量和尺寸跟現在相同但只需隔三天充一次電的智慧型手機。