麻省理工学院的工程师在《自然》杂志上发表了一项研究，揭示了固态电池中枝晶形成的新机制。固态电池使用固体金属作为电解质，有望比锂离子电池更安全且能量密度更高，但枝晶导致的短路问题长期阻碍其发展。

过去，研究人员普遍认为枝晶主要由机械应力引起。然而，这项新研究发现，在常用固态电池电解质材料中，更快的枝晶生长与更低的应力水平相关。通过一种直接测量技术，团队观察到裂纹形成的应力仅为预期机械应力的25%，表明化学因素起主导作用。

论文第一作者科尔·芬彻表示：“直接测量技术使我们能够看到在电池循环过程中材料的韧性如何变化。我们发现，如果你只是在实验台上测试陶瓷电解质，它的韧性和牙齿差不多。但在充电过程中，它会变得脆弱得多——更接近棒棒糖的脆性。”这种脆化是由高电流引发的化学反应导致的，使电解质更容易发生枝晶生长。

这项研究首次提供了化学和机械应力在枝晶形成中相互作用的实验数据。资深作者蒋业明指出：“有一个庞大的研究社区一直在努力发现和设计更好的固体电解质以实现固态电池。这项研究为这些努力提供了指导。我们发现了一种新的枝晶生长机制，使我们能够探索如何设计来规避它，从而使固态电池成功。”

研究团队使用双折射显微镜技术测量枝晶周围的应力，并应用低温扫描透射电子显微镜在原子尺度分析。成像显示离子电流引起化学反应，导致材料分解和体积收缩，从而变脆。这些发现强调了开发化学稳定材料的重要性，而非单纯追求机械强度。

实验基于一种稳定电解质进行，研究人员相信结论适用于其他材料。蒋业明补充：“这告诉我们必须寻找更稳定的电解质材料，尤其是与锂金属接触时，从化学角度讲锂金属具有很强的还原性。这将有助于指导新材料的搜索。”未来工作将聚焦于确定具体电化学反应，该方法也可用于改进燃料电池等设备材料。

出版详情：作者：by Massachusetts Institute of Technology；标题：《Why solid-state batteries keep short-circuiting》；发表于：《Nature》(2026)；期刊信息：《Nature》。