受树木结构的启发，美国马里兰大学的工程师对木头进行改造，将其作为锂金属电池负极的特殊结构，以此避免某些关键因素导致的电池故障。

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锂离子在可充电电池中移动，为手机，笔记本，甚至是灯泡提供电能。在充满电的情况下，负极：锂金属膨胀，在电量用尽的情况下，锂金属收缩。尺寸上的快速变化会导致预料之外的后果，比如锂金属表面锂的增多。这些损坏随着时间累积，将导致严重的安全隐患，如过热或着火。对此，博士生Ying Zhang提出了一种新的设计，能提升电池的能量密度，增加电池容量，并同时降低电池过热风险。

这种新型电池并非使用金属块存储锂离子，而是将其存储在木材中的天然通道中，这些通道曾被植物用于运输水和养分。

木材就像是旅馆，提供了大量房间(通道)，能够容纳许多住客(锂金属)。随着锂金属“住客”进入木质旅馆，旅馆能容纳所有住客，将他们舒服、安全地安置在每个房间内，同时维持木头的外部结构。每个房间内容纳的住客可多可少，但总体结构不会被破坏或者坍塌。

这样做出来的电池十分安全，可进行快速的充电和放电。工程师们用电流密度对电池进行度量，即锂金属在表面聚集的速度，高电流密度相当于木头旅馆客流量较大，但当旅馆门口堵塞时可能出现一些问题。通过简单地增加供锂离子通行的门的数量可以避免这个问题，这正是该研究中使用的方法。虽然同一时间锂金属客人通行的总量不变，但每个门经过的客人数目很少，即局部电流密度较小。通过利用木头主人每个通道内具备的较大表面积，可降低局部电流密度，使得锂金属的受控移动更加容易。

在电池中使用大量锂金属箔片是传统的替代方式，就像只有一个供客人进出的门，这样的旅馆并不稳定。当电池处于高电流密度的情况下，单个门不足以应对大流量的客人，因此很容易损坏，导致电池内部出现隐患。另一方面，木头旅馆的设计，由于其具备大量笔直通道，为住客提供了多个通行门户，因此锂电池可分别进入独立的通道，即使在高电流密度(3mA/cm2)下也能井井有条，避免了可能导致电池故障的树形分枝结构。

项目领导者、材料科学与工程系副教授、大学能量研究中心成员Liangbing Hu说：

我们正在研究使用天然材料改进电池，这只是我们研究的一部分。我们从天然的生物结构中得到灵感，创造了存储能量的新方式，现在我们也能使用可再生材料了。

该研究已被发表在3月20日的美国国家科学院论文集上，题为“大容量，低弯曲度及通道引导的锂金属电极。”

本文译自 phys，由 CliffBao 编辑发布。

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