打造纯锂金属阳极固态电池是科学家的梦想，它抹去锂离子电池的爆炸风险、能量密度还大幅提高，然而最大障碍时固态电池在使用过程中会膨胀破裂。最近，麻省理工学院团队新设计一种锂金属阳极结构，让固态电池在整个充放电周期中保持化学稳定性。
我们常在汽车、手机等产业中听到的锂电池是锂离子电池，多由一个石墨负极、一个采用钴、锰或磷酸铁的正极、以及用来运送锂离子的电解液构成，优点是能量密度比其他种类的电池高、输出功率大、无记忆效应，但缺点也很多，比如电解液具高挥发性（爆炸风险源头）、怕热等。
但在固态电池中，改以固体电解质取代液态电解质、电极由纯锂金属构成，不只电池更安全、更不易着火，能量密度还能翻倍提升，大幅增加续航力，最大问题在于电池充满电时，锂金属内部会积聚原子导致电池膨胀，放电时电池又收缩，反复折腾就可能导致固态电解质破裂；此外，固体电解质随着时间推移也会发生降解。
为了克服上述问题，多数研究都集中在设计对锂金属绝对稳定的固体电解质材料，事实证明：这道技术很困难，固态电池至今都还未能成功商业化。
麻省理工学院团队采取了不同思维的设计：混合离子-电子导体（mixed ionic-electronic conductors，MIEC）与电子-锂离子绝缘体（electron and Li-ion insulators，ELI），可以确保在与锂金属接触后保持绝对稳定性。
研究人员设计出蜂窝状三维奈米结构，结构中的管状阵列由 MIEC 制成，然后注入锂金属形成一个电极，每根管内部都留有多余空间，好让电池在充电过程中膨胀时，电极依然能维持其固态晶体结构、避免撑开外壁；ELI 则做为 MIEC 与固体电解质层之间的关键黏合剂。
团队目前已藉实验证明，这种设计在经过 100 次充放电循环后，都不会导致固态电池膨胀破裂。如果在相同储存容量下比较，则新电池的重量可能仅传统锂离子电池的四分之一，如果再结合良好的阴极设计，则配备在手机上每 3 天仅需充电一次。
新论文发表在《自然能源》（Nature Energy）期刊。
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（首图来源：麻省理工学院）
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