赖斯大学的科学家通过解决长期困扰研究人员的问题，创造了一种可充电锂金属电池，其容量是商用锂离子电池的三倍：枝晶问题。
Rice电池将锂储存在独特的阳极中，石墨烯和碳纳米管的无缝混合物。2012年首次在莱斯创建的材料基本上是一个三维碳表面，为锂的居住提供了丰富的面积。
阳极本身接近锂金属储存的理论最大值，同时抵抗形成破坏性枝晶或“苔藓”沉积物。
树枝状结构一直在试图用先进的锂金属电池代替锂离子电池，这种电池可以使用更长时间并且充电速度更快。树枝状晶体是锂沉积物，长成电池的电解质。如果它们桥接阳极和阴极并造成短路，电池可能会发生故障，着火甚至爆炸。
由化学家James Tour领导的大米研究人员发现，当新电池充电时，锂金属均匀地涂覆高导电性碳杂化物，其中纳米管与石墨烯表面共价键合。
正如化学学会期刊ACS Nano报道的那样，这种混合物取代了普通锂离子电池中的石墨阳极，这些电池具有安全性。
“锂离子电池已经改变了世界，毫无疑问，”Tour说，“但它们的效果和它们一样好。在新技术出现之前，你的手机电池不会再持久。”
他说，新型阳极的纳米管森林具有低密度和高表面积，在锂电池充电和放电时有足够的空间让锂颗粒滑入和滑出。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。
虽然原型电池的容量受到阴极的限制，但阳极材料的锂存储容量为每克3,351毫安小时，接近理论最大值，是锂离子电池的10倍，Tour说。由于纳米管地毯的密度低，锂能够一直涂到基材上的能力确保了最大限度地利用可用体积，他说。
研究人员有他们的“啊哈!” 2014年，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，他开始尝试使用锂金属和石墨烯 - 纳米管混合物。
“我推断锂金属必须镀在电极上，同时分析在阳极材料中储存锂离子的实验结果，以及在完整电池中与锂钴氧化物阴极结合，”Raji说。“我们很兴奋，因为整个电池的电压曲线非常平坦。那一刻，我们知道我们发现了一些特别的东西。”
在一周内，Raji和联合主要作者，莱斯博士后研究员Rodrigo Villegas Salvatierra将锂金属沉积到一个独立的混合阳极中，这样他们就可以用显微镜仔细观察。“我们惊呆了，发现没有树突生长，其余的都是历史，”拉吉说。
为了测试阳极，赖斯实验室制造了带有硫基阴极的完整电池，在超过500次充放电循环后保持了80%的容量，普通手机用户大约使用了两年，Tour说。测试后阳极的电子显微镜图像显示在平坦阳极上没有观察到枝晶或苔藓样结构的迹象。研究人员报告说，在肉眼看来，四分之一大小的电池中的阳极在充满锂金属和银时是黑暗的。
“许多进行电池研究的人只制造阳极，因为要做整个包装要困难得多，”图尔说。“我们必须开发一种基于硫的相称阴极技术，以适应第一代系统中的这些超高容量锂阳极。我们正在生产这些全电池，阴极加阳极，在中试规模，他们正在进行测试。