近年来为了让锂离子电池在众多储能后起之秀中维持优势，科学家不断利用新兴技术来增强锂离子电池的安全性与储存容量，而现在美国莱斯大学（Rice University）透过在电池阳极覆涂奈米碳管薄膜，有望解决电极生长锂晶枝、电池易自燃的安全隐忧。
储能技术一直以来都是科学家相当重视的领域，其中电池又因为便于携带、能量密度高与成本较低，可说是重要研究对象，科学家纷纷开发出不同化学性质的电池，而锂离子电池虽然具有充放电效率高、输出功率大与低自放电优点，但锂活性较强，在充放电过程中容易沉积锂离子，电极表面会因为沉积不均匀形成树枝状锂晶枝，进而造成电池容量损失、充放电效率降低或是刺穿绝缘层，最终导致电池起火。
莱斯大学化学科学家 James Tour 表示，若要解决锂离子电池易生成晶枝挑战，其中一个办法就是降低锂离子电池的充电速度，但这并不是消费者所期望的结果，因此还得想出其他的办法。
根据团队在《Advanced Materials》发表的研究，莱斯大学在锂电池阳极覆涂锂化多壁奈米碳管（lithiated multiwall carbon nanotubes），透过既简单、便宜又高效率的方式来抑止锂晶枝生长，其中奈米碳管在 1991 年被科学家发现，导电性、导热性、材料强度都比硅还要高，为近年来炙手可热的研究材料。
▲ 新型锂阳极运用奈米碳管薄膜抑制晶枝生长。
Tour 指出，锂离子渗入奈米碳管层后，薄膜会从黑色变成红色并让锂离子在其中扩散，最后奈米碳管内会布满锂离子。当电池运作时，薄膜会释放储存的锂离子，之后锂阳极则会重新填满锂离子，这样一来就可以维持薄膜运作与阻止晶枝生长。
实验结果也相当符合团队期待，研究目前已打造出奈米碳管阳极与硫化碳阴极的锂离子电池原型，在 580 次充放电循环中，除了能有效减少锂晶枝生成，其库伦效率更可维持在 99.8%，若团队可成功让研究走出实验室，说不定可进一步扩大锂离子电池的应用范围。
▲ 充放电 500 次循环后的对比图。右侧为一般锂电池晶枝生长状况，左侧则是覆涂奈米碳管的阳极，几乎没有生长晶枝。
锂离子电池目前为储能技术领头羊，但是由于安全隐忧、电解质具高度易燃等缺点，大幅限制锂离子电池的制造与应用，因此不少科学家试图找出各式解决办法，盼在不影响电池性能的情况下打造另一种电极、开发新型电解质等。
像是先前中国科学家在电解质中添入防火效果相当好的硼酸镁（Mg2B2O5）奈米线、美国西北太平洋国家实验室的美国环境分子科学实验室（PNNL/EMSL）则研发出新型阻燃局部型高浓度电解质（LHCE），显示各方仍看好锂离子电池的未来发展，希望锂电池能再进化。
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（本文由 EnergyTrend 授权转载；图片来源：RICE UNIVERSITY）
