几十年来，科学家们一直在努力实时了解固态电池内部究竟发生了什么，这使得延长其使用寿命变得困难。据外媒报道，休斯顿大学（University of Houston）研究人员与布朗大学（Brown University）的研究人员合作，利用强大的高分辨率成像技术——原位扫描电子显微镜（operando scanning electron microscopy）解决了这个问题。这项技术可帮助理解了固态电池发生故障的原因，以及如何减缓这一过程。这一发现或许很快就能缓解人们对电池电量不足的担忧。相关研究论文发表在期刊《Nature Communications》。

图片来源： 《Nature Communications》

“这项研究解决了固态电池为何有时会失效的一个长期谜团，”休斯顿大学电气与计算机工程系Hugh Roy and Lillie Cranz Cullen杰出教授、相关论文的通讯作者Yan Yao说道。“这一发现使得固态电池能够在较低压力下运行，从而减少对笨重外壳的需求，并提高整体安全性。”

Yao同时也是休斯顿大学德克萨斯超导中心（Texas Center for Superconductivity）的首席研究员。Yao表示，在此之前，科学家们知道在锂负极中添加少量其他金属（例如镁）有助于提高电池性能，但他们并不明白其中的原因。Yao的团队了解到，随着时间的推移，电池内部会形成微小的空隙，并合并成一个大的间隙，最终导致电池失效。

经过一系列实验，研究团队发现，添加少量镁等合金元素可以填补这些空隙，帮助电池继续工作。

“我们利用扫描电子显微镜实时捕捉了电池内部工作时的高分辨率视频，”该研究的第一作者、Yao实验室前博士后研究员、现任休斯顿大学电气与计算机工程助理教授Lihong Zhao说道。“只需对电池的化学成分进行一些小调整，我们就能显著提升其性能，尤其是在低压等实际条件下。”

这一发现对电动汽车而言是一大进步。目前，固态电池并不适合日常车辆使用。虽然它们更耐火，并有可能达到更高的能量密度，但它们也需要较高的外部电堆压力才能在运行时保持完整。“但通过精心调整电池的化学成分，我们可以显著降低保持电池稳定所需的压力，”Zhao教授说道。“这一突破使固态电池更接近于实际电动汽车的应用。”

这项研究还可以防止手机和其他电子设备的电池过热或起火。此外，这些电池单次充电后续航时间更长。“这是为了使未来的能源存储更加可靠，造福每个人，”Zhao说道。