休斯顿 - 赖斯大学科学家通过解决长期困扰研究人员的一些问题 - 树突问题，创造了一种可再充电的锂金属电池，其容量为商用锂离子电池的三倍。
Rice电池将锂储存在独特的阳极中，这是石墨烯和碳纳米管的无缝混合体。2012年在莱斯首次创建的材料基本上是一个三维碳表面，为锂提供了丰富的居住面积。
锂金属在莱斯大学创建的电池上涂覆杂化石墨烯和碳纳米管阳极。锂金属涂覆阳极的三维结构并避免形成树枝状结构。
阳极本身接近锂金属储存的理论最大值，同时抵抗破坏性树突或“苔藓”沉积物的形成。
树枝状晶体已经试图用先进的锂金属电池取代锂离子电池，这种电池的使用寿命更长，充电速度更快。树枝状晶体是锂电池中生长的电解质。如果他们桥接阳极和阴极并造成短路，电池可能会失效，着火或甚至爆炸。
由化学家James Tour领导的研究人员发现，当新电池充电时，锂金属均匀地涂覆高导碳杂化物，其中纳米管共价键合到石墨烯表面。
据美国化学学会期刊报道，该混合动力汽车取代了通用锂离子电池中的石墨阳极，这些锂电池具有安全交易能力。
毫无疑问，“锂离子电池已经改变了世界，”Tour说，“但是他们的表现与他们将要获得的一样好。新技术出现之前，您的手机电池不会持续使用。“
他表示，新型阳极的纳米管森林具有低密度和高表面积，在电池充放电时有足够的空间让锂颗粒进出。锂均匀分布，扩散电解质中离子携带的电流并抑制树枝状晶体的生长。
电子显微镜图像显示均匀涂覆有锂金属的碳纳米管。莱斯大学创建的石墨烯 - 碳纳米管阳极上的测试表明，它可以抵抗可能破坏电池的锂枝晶的形成。
虽然原型电池的容量受到阴极的限制，但是该阳极材料的锂储存容量为每克3,351毫安小时，接近理论最大值，是锂离子电池的10倍。由于纳米管地毯的密度较低，他说，锂一直覆盖到基材上的能力确保了最大限度地利用可用的体积。
研究人员在2014年有了他们的“Aha！”时刻，当时的联合主要作者Abdul-Rahman Raji是Tour的实验室的前研究生，现在是剑桥大学的博士后研究员，开始试验锂金属和石墨烯纳米管混合。
Raji表示：“我推断锂金属必须镀在电极上，同时分析将锂离子储存在阳极材料中并结合锂离子电池阴极的实验结果。“我们很兴奋，因为整个电池的电压曲线非常平坦。那一刻，我们知道我们找到了一些特别的东西。“
一周之内，Raji和联合主管作者Rice Rice博士后研究员Rodrigo Villegas Salvatierra将锂金属放入独立混合阳极，以便他们可以用显微镜仔细观察。“我们惊呆了，没有发现树突，剩下的就是历史，”拉吉说。
为了测试阳极，莱斯实验室建造了含有硫基阴极的完整电池，经过500多次充电 - 放电循环后，该电池保留了80％的容量，对于普通手机用户来说，其使用时间大约为两年。测试后阳极的电子显微镜图像显示在平面阳极上没有观察到树突或苔状结构。研究人员报告说，在肉眼看来，四分之一尺寸电池内的阳极在充满锂金属和银时是黑暗的。
图形显示碳纳米管共价结合到石墨烯衬底。莱斯大学创建的材料正在作为高容量锂金属电池的阳极进行测试。
“很多做电池研究的人只做阳极，因为要做整个包装要困难得多，”Tour说。“我们必须开发基于硫的相称阴极技术，以便在第一代系统中容纳这些超高容量锂阳极。我们正在试生产这些完整的电池，阴极和阳极，并且正在进行测试。“
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