理論上，固體鋰電池比當前電池更輕、更緊湊、更安全，是世界各地實驗室多年來一直所追求的夢中電池。現今普遍使用的是鋰離子聚合物電池。
關鍵差異在於，用更薄、更輕的固體陶瓷材料層代替位於正極和負極之間的液體電解質，並用固體鋰金屬代替其中一個電極。這將大大減少電池的整體尺寸和重量，並消除與易燃液體電解質相關的安全風險。但輕質固態鋰電池一直受到一個大問題的困擾：枝晶。
枝晶，是金屬的突起。在電池內部，因為未知的原因，會有尖銳的晶體生長，就像樹木的枝幹，最終從一個電極伸到另一個電極處並使電池短路(會燃燒起火)。能夠搞清相關機制的人，肯定會被授予諾貝爾化學獎。但既然一直還沒有化學家站出來揭開這一問題的神秘面紗，現在僅存在暫緩枝晶生長速度的工藝，所以這一現象制約了輕質固態電池的使用壽命和穩定性，導致固體鋰電池至今仍算不上是實用的選項。
現在，具體說是前天，發表在《焦耳》上、由麻省理工學院教授 Ye-Ming Chiang、研究生 Cole Fincher以及麻省理工學院和布朗大學的其他五人共同撰寫的論文，似乎解決了這一問題。
Chiang說，早期工作中，他們做出了「令人驚訝和意外」的發現：充放電時，固態電池的堅硬固體電解質材料可以在此過程中被鋰穿透，鋰離子可在材料兩側穿梭。
離子的這種來回穿梭導致電極的體積發生變化。這不可避免地會在固體電解質中產生應力，它必須與夾在其間的兩個電極保持完全接觸。「要沉積這種金屬，必須擴大體積，因為你正在增加質量，因此，鋰沉積一側的體積增加了。如果系統還存在微觀缺陷，這將對那些可能導致開裂的缺陷施加壓力。」
該團隊現在已經表明，這些壓力會導致形成枝晶的裂縫。解決方法是更多的壓力，施加在正確的方向和適當的力度上。
雖然以前，一些研究人員認為枝晶是由純電化學過程而不是機械過程形成的，但該團隊的實驗表明，是機械應力導致了這個問題。
枝晶形成的過程通常發生在電池單元的不透明材料深處，無法直接觀察到，因此 Fincher開發了一種使用透明電解質製造薄電池的方法，可以直接看到和記錄整個過程。
該團隊證明，他們可以簡單地通過施加和釋放壓力來直接控制枝晶的生長。
對固體電解質施加機械應力並不能消除枝晶的形成，但它確實控制了它們的生長方向。這意味著它們可以被引導以保持與兩個電極平行，並防止它們穿過另一側，從而變得無害。
研究人員嘗試藉助彎曲材料引起壓力，自然引導枝晶的生長方向。
另一種方法是用原子「摻雜」材料，使其變形並並處於永久受壓狀態。Chiang解釋說，這與生產用於智慧型手機和平板電腦屏幕的超硬玻璃的方法相同。而且所需的壓力並不極端：實驗表明，150到200兆帕的壓力足以阻止枝晶穿過電解質。
這在工業上並不難於實現。
事實上，一種不同的應力，所謂的電池堆壓力，通常通過在垂直於電池板的方向上擠壓材料來施加到電池單元上——有點像放置重物來壓泡麵。人們認為這可能有助於防止層分離。但現在的實驗表明，該方向的壓力實際上會加劇枝晶的形成。
相反，需要的是沿板平面的壓力，就像從側面擠壓牙膏一樣。「我們在這項工作中展示的是，當你施加壓縮力時，你可以迫使晶體沿壓縮方向行進。」Fincher說，如果該方向沿著板的平面，枝晶「將永遠不要到達另一邊。」
最終，固體電解質+金屬鋰電極的電池在理論上已變得可行。這些不僅可以在給定的體積和重量中包含更多的能量，而且還可以消除對易燃材料液體電解質的需求。
