当涉及到电池枝晶形成时负数会产生积极的结果

消费者的需求驱使工程师设计出更紧凑的电池，同时保持甚至提高容量。从表面上看，似乎有足够的空间来增加电池容量，而又不会将充电电流密度提高到临界电流密度(称为极限电流密度)，否则电池可能会短路。

然而，已知以电流密度(在定义的时间内流经特定区域的电量)远低于其既定阈值的电池会发生故障。

现在，麦凯维工程学院能源，环境和化学工程助理教授彭柏的实验室进行的研究不仅具有逼近阈值的能力，而且还能够准确预测任何特定电流密度下的短路时间。

研究结果于8月在线发表在“能源与环境科学”杂志上。

研究人员不仅描述了这种关系，而且还能够用一个数字来表达它。“这一个数字定义了最重要的物理量，电流密度和短路时间之间的关系。”第一作者，白族实验室的博士生Youngju Lee说。另一位博士生马炳元也在研究团队中。

锂电池可能有多种失效方式，但长期以来与大电流相关的问题是枝晶渗透。树突是可以在电池的锂镀层上形成的树状结构。它们可以快速穿透电池的陶瓷隔板，即电池阳极和阴极之间的多孔塑料膜。一旦枝晶穿过隔板，电池就会短路。

树枝状晶体的生长取决于电流密度，但树枝状晶体会以比预期或设计高出三个数量级的电流密度在电池中弹起。

在先前对电池故障的研究中，研究人员将打开电池并在隔板上看到黑点，表明树状晶体已渗入隔板的位置。

当Lee做同样的事情并分析斑点覆盖的面积时，它们竟然是隔板总面积的0.1%，这意味着负责的电流必须比预期高1000倍。

尽管还没有达到临界电流密度，但电池如何短路仍然是一个难题。

Bai说：“在设计电池时，我们使用电极或隔板的整个面积来计算电流密度。” 但是，导致高电流密度的任何因素均在本地发生。

利用Bai实验室开发的独特，透明的毛细管电池，他们能够观察锂金属的生长动态，并重建通过隔板孔的实际金属渗透动态。Bai说：“我们发现它比我们想象的要复杂。” “它对通道的几何形状非常敏感。”

从本质上讲，他们发现具有汇聚截面面积的单个电解质通道，以及可能在金属生长方向上引起越来越少的渗透孔的有效实用的隔板，将加速并加剧动力学并导致更快的短路。

李说：“但是，如果你拥有一个不断扩大的渠道，你可以延迟甚至避免树突的形成。” “这就是我们发现的东西。我们如何描述这些渠道?”

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