1万倍细于发丝,美国休斯顿大学团队首度证实单晶锂枝晶脆性失效机制
维度网讯,休斯顿大学(University of Houston)研究团队于2026年4月8日在《科学》杂志发表突破性成果。该研究利用操作扫描电子显微镜(In-situ SEM)首次实时观测到固态电池内部锂枝晶的断裂过程,证实其物理性质呈现为类似玻璃的脆性与刚性,而非此前科学界公认的延展性金属特征。
实验数据显示,锂枝晶由数百纳米宽的单晶锂核心构成,其直径比人类头发细100倍以上。在充电过程中,这些微小结构因表面涂层强化表现出极高机械强度。研究人员通过休斯顿大学开发的特殊无空气观察室发现,枝晶在生长时如同坚硬的针头,能够直接刺穿固态电解质及隔膜,即便在固态电池环境下仍会引发短路。
这一发现推翻了电池领域数十年来的核心假设。长期以来,工程师认为软质锂金属无法突破硬质固态电解质。然而,实时影像记录显示,枝晶在受到机械应力时会发生脆性断裂。基于此物理特性,研究团队提出传统屏障设计已不足以保证安全性,需转向使用锂合金阳极等新策略,以改变其机械性能并降低脆性断裂风险。
锂枝晶的形成受快速充电和低温环境驱动,一直是高能电池发生火灾与内部故障的主因。据公开资料显示,该研究团队此前长期致力于固态电池退化机制分析。此次通过对枝晶失效机理的深度解析,为下一代电动汽车及电网储能系统的安全设计提供了精确的物理参数支撑。
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