一个典型的锂离子电池有两个电极，称为阴极和阳极，当设备充电和放电时，它们将电解质溶液中的离子传递给对方。一段时间以来，科学家们一直在探索金属钠如何能够替代锂，并取得了一些有希望的进展，同时也在探索这些设计如何能够在没有阳极组件的情况下工作。
领导这项研究的白鹏说：“我们使用了旧的化学方法。但问题是，用这种众所周知的化学方法，从来没有人表明这种无阳极的电池可以有一个合理的使用寿命。它们总是很快失败，或者容量很低，或者需要对电流收集器进行特殊处理。”
白鹏和他的团队相信他们已经找到了解决这些缺点的方法，即取消阳极并加入一层薄薄的铜箔来代替。这位于电池电流收集器的阳极一侧，它在电池放电时收集自由电子，并将它们导入被供电的设备。
当这个实验性电池充电时，离子不是从阴极穿过分离器材料到达阳极，而是将自己镀在铜箔上，变成闪亮、光滑的金属。然后，当电池放电时，材料会溶解掉，离子会返回阴极。
逆变器是一种将直流电转换为交流电的电子设备，在电动汽车中，它从电池中获取电力并将其转换为电动机的运行。作为电池和电机之间的中介，逆变器及其晶体管被用来处理大电流，这导致它们在车辆使用过程中温度升高。
为了解决这个问题，电动汽车中的功率逆变器使用固体冷却元件，其特点是将管道置于水中以引导热量的消散。这些冷却元件正是弗劳恩霍夫的科学家们关注的焦点，他们一直在为由碳化硅半导体制成的逆变器开发先进的晶体管，这些晶体管在电动汽车运行时可提供较低的功率损耗率。
该团队着手为这些先进的晶体管设计冷却元件，同时不影响碳化硅半导体提供的功率增益。他们利用3D打印技术生产出壁厚更薄的冷却元件，并将晶体管放置在一块厚度仅为几毫米的薄金属板上。
这种更薄的设计的结果是晶体管更接近冷却水，从而提高了冷却效果。冷却管道作为结构部件，支撑着金属板，而材料的纤薄特性使它们能够在逆变器加热和冷却时通过轻微变形吸收应力。此外，灵活的铜线将整个部件绑在一起，而不是实心的铜轨，进一步减少了运行期间的压力。
科学家们能够通过一个特制的透明设备实时观察电池性能，这使他们能够发现不稳定性和被称为树枝状的致命结构的形成，这些结构导致电池短路和失效。这使该团队能够做出调整，例如减少电解液中的水含量，以限制与碱金属钠的反应，这通常会导致树枝状结构的产生。
"电池的所有不稳定性都是在工作过程中积累的，"白鹏说。"真正重要的是动态过程中的不稳定性，而没有任何方法来表征这一点。我们可以清楚地看到，如果你没有很好地控制电解液的质量，你会看到各种不稳定性。
