休斯頓 - 賴斯大學科學家通過解決長期困擾研究人員的一些問題 - 樹突問題，創造了一種可再充電的鋰金屬電池，其容量為商用鋰離子電池的三倍。
Rice電池將鋰儲存在獨特的陽極中，這是石墨烯和碳納米管的無縫混合體。2012年在萊斯首次創建的材料基本上是一個三維碳表面，為鋰提供了豐富的居住面積。
鋰金屬在萊斯大學創建的電池上塗覆雜化石墨烯和碳納米管陽極。鋰金屬塗覆陽極的三維結構並避免形成樹枝狀結構。
陽極本身接近鋰金屬儲存的理論最大值，同時抵抗破壞性樹突或“苔蘚”沉積物的形成。
樹枝狀晶體已經試圖用先進的鋰金屬電池取代鋰離子電池，這種電池的使用壽命更長，充電速度更快。樹枝狀晶體是鋰電池中生長的電解質。如果他們橋接陽極和陰極並造成短路，電池可能會失效，著火或甚至爆炸。
由化學家James Tour領導的研究人員發現，當新電池充電時，鋰金屬均勻地塗覆高導碳雜化物，其中納米管共價鍵合到石墨烯表面。
據美國化學學會期刊報道，該混合動力汽車取代了通用鋰離子電池中的石墨陽極，這些鋰電池具有安全交易能力。
毫無疑問，“鋰離子電池已經改變了世界，”Tour說，“但是他們的表現與他們將要獲得的一樣好。新技術出現之前，您的手機電池不會持續使用。“
他表示，新型陽極的納米管森林具有低密度和高表面積，在電池充放電時有足夠的空間讓鋰顆粒進出。鋰均勻分佈，擴散電解質中離子攜帶的電流並抑制樹枝狀晶體的生長。
電子顯微鏡圖像顯示均勻塗覆有鋰金屬的碳納米管。萊斯大學創建的石墨烯 - 碳納米管陽極上的測試表明，它可以抵抗可能破壞電池的鋰枝晶的形成。
雖然原型電池的容量受到陰極的限制，但是該陽極材料的鋰儲存容量為每克3,351毫安小時，接近理論最大值，是鋰離子電池的10倍。由於納米管地毯的密度較低，他說，鋰一直覆蓋到基材上的能力確保了最大限度地利用可用的體積。
研究人員在2014年有了他們的“Aha！”時刻，當時的聯合主要作者Abdul-Rahman Raji是Tour的實驗室的前研究生，現在是劍橋大學的博士後研究員，開始試驗鋰金屬和石墨烯納米管混合。
Raji表示：“我推斷鋰金屬必須鍍在電極上，同時分析將鋰離子儲存在陽極材料中並結合鋰離子電池陰極的實驗結果。“我們很興奮，因為整個電池的電壓曲線非常平坦。那一刻，我們知道我們找到了一些特別的東西。“
一週之內，Raji和聯合主管作者Rice Rice博士後研究員Rodrigo Villegas Salvatierra將鋰金屬放入獨立混合陽極，以便他們可以用顯微鏡仔細觀察。“我們驚呆了，沒有發現樹突，剩下的就是歷史，”拉吉說。
為了測試陽極，萊斯實驗室建造了含有硫基陰極的完整電池，經過500多次充電 - 放電循環後，該電池保留了80％的容量，對於普通手機用戶來說，其使用時間大約為兩年。測試後陽極的電子顯微鏡圖像顯示在平面陽極上沒有觀察到樹突或苔狀結構。研究人員報告說，在肉眼看來，四分之一尺寸電池內的陽極在充滿鋰金屬和銀時是黑暗的。
圖形顯示碳納米管共價結合到石墨烯襯底。萊斯大學創建的材料正在作為高容量鋰金屬電池的陽極進行測試。
“很多做電池研究的人只做陽極，因為要做整個包裝要困難得多，”Tour說。“我們必須開發基於硫的相稱陰極技術，以便在第一代系統中容納這些超高容量鋰陽極。我們正在試生產這些完整的電池，陰極和陽極，並且正在進行測試。“
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