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电池技术的飞速发展改变了很多人的生活，最明显的可能是新能源汽车，一辆充满电的新能源汽车，可以跑四五百公里，充电的成本，与传统燃油汽车的燃油成本相比，要低一大步。 更重要的是，新能源汽车**的能源更清洁，对环境的直接或间接污染更少。
然而，新能源汽车使用的电池仍然没有摆脱两个关键问题，一个是电池的寿命衰减，另一个是电池的安全性。
当电流通过电池时，电池内部的材料或多或少会流失，从长远来看，电池的寿命会逐渐衰减。 科学家们发现，应力和应变的物理量也在这一过程中起作用，但它们对电池性能和寿命的确切影响尚不完全清楚。
目前，汽车上使用的电池大多是锂电池，锂电池离不开电解液。 电解液是锂电池的四种主要材料之一（另外三种是正极、负极和隔膜），其主要作用是在正负极之间传导锂离子，然后发电。 电解液有一个致命的缺点：易燃，如果电池内部出现短路等故障，锂电池很可能在几秒钟内点燃火灾，吞没整辆车，对人们的安全构成极大的威胁。
为了解决这些痛点，由美国橡树岭国家实验室（ORNL）领导的一个研究小组开发了一个框架，用于设计固态电池（SSB），并考虑到其力学。 最近发表在《科学》杂志上的一篇文章**回顾了SSB循环中机械因素的变化。
ORNL多物理场建模与流动小组的科学家说：“我们的研究重点是强调力学在电池性能中的重要性。 许多研究都集中在化学或电性能上，而忽略了显示潜在的机械性能。 ”
该团队横跨 ORNL 的多个研究领域，包括计算、化学和材料科学。 他们的评论通过使用科学领域的观点，为影响SSB的条件描绘了一幅更有凝聚力的画面。
在电池中，带电粒子流经称为电解质的材料，这些材料大多是液体，例如电动汽车中的锂离子电池，但固体电解质也在开发中。 这些导体通常由玻璃或陶瓷制成，可以提供增强安全性和强度等优点。 “真正的固态电池内部没有易燃液体，这意味着它们的危险性将低于当今常用的电池，”研究人员说。 ”
然而，由于与这些新材料相关的挑战，固体电解质仍处于开发的早期阶段。 SSB组件在充电和质量运输过程中膨胀和收缩，从而改变了整个系统。 电极在电池运行过程中不断变形，在与固体电解质的界面处产生分层和空隙，在当今的系统中，最好的解决方案是施加很大的压力以保持所有东西在一起。
这些尺寸变化会损坏由脆性材料制成的固体电解质，这些材料经常因应力和压力而破裂。 使这些材料更具延展性将使它们能够通过流动而不是开裂来承受应力。 这种行为可以通过一些将小晶体缺陷引入陶瓷电解质的技术来实现。
电子通过阳极离开系统，在SSB中，该组件可以由纯锂制成，纯锂是能量密度最高的金属，尽管这种材料为电池的功率提供了优势，但它也会产生压力，从而损坏电解质。
来自ORNL机械性能和力学小组的科学家说：“在充电过程中，不均匀的镀层和缺乏应力消除机制会产生应力集中。 这些可以支持大量的压力以允许锂金属流动，并且为了优化 SSB 的性能和寿命，我们需要设计下一代阳极和固体电解质，这些阳极和固体电解质可以在不损坏固体电解质隔膜的情况下保持机械稳定的界面。 ”
该团队的工作是ORNL研究SSB材料的悠久历史的一部分。 在20世纪90年代初，该实验室开发了一种玻璃状电解质，称为磷酸锂氧化物或lipon。 Lipon已被广泛用作具有金属锂阳极的薄膜电池中的电解质。 该器件可以承受多次充放电循环而不会失效，这主要归功于Lipon的延展性。 当它遇到机械应力时，它会流动而不是断裂。
该团队的努力凸显了SSB研究不足的一个方面——了解影响其寿命和功效的因素。 “研究界需要一个路线图，”研究人员说，“在我们的**中，我们概述了固态电解质材料的力学，鼓励科学家在设计新电池时考虑这些问题。 ”