锂离子电池为电动汽车、笔记本电脑、吹叶机等各种设备提供动力。尽管锂离子电池被广泛采用，但其能量有限，偶尔出现的过热现象可能会引发安全隐患。因此，几十年来，研究人员一直在寻求更可靠的电池。固态电池不易燃，能量密度更高，但通常需要高压才能工作。这一要求使其难以在实际应用中使用。

据外媒报道，佐治亚理工学院（Georgia Tech）的一项新研究可能会改变这一现状。George W. Woodruff School机械工程学院和材料科学与工程学院Carter N. Paden Jr.杰出讲座教授Matthew McDowell的研究团队设计了一种用于固态电池的新型金属，使其能够在较低压力下运行。虽然这类电池通常使用锂金属，但McDowell的研究团队发现，将锂与更软的钠金属结合可以提高性能并产生新的行为。

图片来源： 佐治亚理工学院

McDowell及其合作者在《Science》期刊上发表的论文《固态锂电池中可变形第二相的界面形态形成（Interface morphogenesis with a deformable secondary phase in solid-state lithium batteries）》中介绍相关研究成果。

可堆叠解决方案

锂离子电池因其紧凑的尺寸、可靠性和长寿命而成为行业标准。然而，它们含有一种液态“电解质”，这有助于锂离子在电池内移动，但也易燃。固态电池的电解质是一种不易燃的固体材料。挑战在于，在使用电池时，电池中的锂金属会改变形状，可能会与固体电解质失去接触，从而降低性能。确保金属不失去接触的一种常见方法是向这些电池施加高压。

“固态电池通常需要金属极板来施加这种高压，而这些极板可能比电池本身还要大，”McDowell表示。“这使得电池过重、体积过大，无法有效发挥作用。”

由佐治亚理工学院研究科学家Sun Geun Yoon领导的研究人员寻求解决方案。固态电池仍然需要一定的压力才能工作，但他们发现，通过使用更软的金属，所需的压力会更小。研究人员决定将常用的锂金属与一种令人惊讶的元素——钠——结合起来。

“添加钠金属是一项突破，”McDowell指出。“这似乎违反直觉，因为钠在电池系统中并不活跃，但它非常柔软，这有助于提高锂的性能。”

钠能有多软？在受控环境下，一个人戴着手套的手指可以插入钠金属并留下印记。

从生物学到电池

为了理解电池性能的提升，研究人员借鉴了生物学中一个叫做形态发生的概念。这个概念解释了组织或其他生物结构如何基于局部刺激而进化。形态发生在材料科学中很少见，但研究人员发现，锂和钠的组合表现出符合这一概念的行为。

McDowell的研究小组一直致力于将形态发生应用于电池材料，这是与其他几所大学合作的一个项目的一部分。他们的电池是这一概念的首批可行演示之一——实际上，钠在固态电池工作所需的低压下很容易变形。

电池福音

更小巧的固态电池潜力无限。想象一下，手机电池续航时间更长，或者电动汽车每次充电可以行驶500英里。为此，McDowell和他的团队已为该电池系统申请了专利。

虽然固态电池距离商业化应用还有一段距离，但这些成果可能意味着固态电池可以与锂离子电池竞争。McDowell的实验室正在继续尝试其他材料，以进一步提升性能。