化學(xué)工程學(xué)教授LyndenArcher認(rèn)為，需要進(jìn)行電池技術(shù)“革命”-并認(rèn)為他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)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(shí)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(shuō)。“鋰離子電池已經(jīng)成為推動(dòng)新電子技術(shù)發(fā)展的主力，其理論存儲(chǔ)容量超過(guò)90％。小的工程調(diào)整可能導(dǎo)致更好的電池和更多的存儲(chǔ)，但這不是一個(gè)長(zhǎng)期的解決方案。

“你需要一種激進(jìn)的思維變化，”他說(shuō)，“這意味著你一開(kāi)始就要開(kāi)始。”

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(yáng)極的可充電電池的一個(gè)基本問(wèn)題的“優(yōu)雅”解決方案：由于枝晶（從陽(yáng)極生長(zhǎng)的鋰的尖刺）引起的有時(shí)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(lái)回穿過(guò)電解質(zhì)。

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

使用阿奇集團(tuán)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(zhǎng)離子必須行進(jìn)的路線從陽(yáng)極到陰極并返回，極大地延長(zhǎng)了陽(yáng)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(guó)國(guó)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(gè)關(guān)口都會(huì)遇到障礙，”阿徹說(shuō)?！霸谀芰看鎯?chǔ)方面，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(duì)意義上講，組件之間不可能有很長(zhǎng)的分隔距離，但我們已經(jīng)表明，通過(guò)引入曲折的運(yùn)輸路徑來(lái)增加長(zhǎng)度尺度是可能的。“

前往斯坦福大學(xué)從事博士后研究工作的Choudhury也設(shè)計(jì)了一種直接觀察其實(shí)驗(yàn)電池內(nèi)部運(yùn)行的方法。該小組通過(guò)Choudhury的設(shè)備確認(rèn)了關(guān)于枝晶生長(zhǎng)的理論預(yù)測(cè)。

“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(lái)一直在康奈爾大學(xué)工作的阿切爾笑著說(shuō)。“Sne能夠做的是設(shè)計(jì)一個(gè)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(cè)。”

阿切爾說(shuō)，這項(xiàng)工作的另一個(gè)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(shù)枝狀晶體生長(zhǎng)，電池內(nèi)部的隔膜必須比它試圖抑制的金屬更強(qiáng)，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(zhǎng)。

“即使人們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)柔軟的分離器，但納米結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生曲折，你可以到達(dá)那里，”阿徹說(shuō)。“我們?cè)噲D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(jì)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(tuán)隊(duì)中并不罕見(jiàn)，阿切爾說(shuō)。

“這是一個(gè)優(yōu)先考慮的事情，通過(guò)讓他們接觸研究，基本上為本科經(jīng)驗(yàn)增加價(jià)值，”他說(shuō)?！罢f(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難，做起來(lái)容易，因?yàn)楸究粕话悴辉谶@里進(jìn)行研究。......而且Sne以一種奇跡般的方式管理著與他合作過(guò)的每一位大學(xué)生一起寫(xiě)下這樣的素質(zhì)?！?br/>
MukulTikekar博士'17，博士生AlexanderWarren和ZhengyuanTu也為這項(xiàng)工作做出了貢獻(xiàn)，得到了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助。