ЛітійМеталеві аноди мають надзвичайно високу теоретичну питому ємність (3860 мА·bg) і найнижчий електрохімічний потенціал (-3,040 В (порівняно з SHE)), завдяки чому їх вважають електродом «святого Грааля» серед багатьох електродних матеріалів. До металевих літієвих батарей належать літій-сірчані та літій-кисневі батареї. Літій-сірчані батареї мають щільність енергії приблизно 2600 Вт·год/кг, тоді як літій-кисневі батареї мають щільність енергії приблизно 3500 Вт·год/кг, що приблизно в 7 і 10 разів більше, ніж у звичайних літій-іонних батарей відповідно. Таким чином, металеві літієві батареї вважаються однією з найперспективніших систем накопичення енергії та найкращим кандидатом на акумуляторні системи наступного покоління, що привертає значну увагу. Однак через проблему літієвих дендритів ранні металеві літієві батареї можна було застосовувати лише в певних спеціалізованих областях, і їх комерціалізація була відкладена.
Перезаряджувані металеві літієві батареї були винайдені ще в 1970-х роках і широко використовувалися в годинниках, калькуляторах та інших електронних пристроях.
Металеві літієві батареї широко використовуються в електроприладах і портативних медичних пристроях. Однак їх комерціалізація була перешкоджена певними дефектами металевого літію. Будучи членом групи 1 періодичної таблиці, атоми літію мають лише один електрон у своїй зовнішній оболонці, що робить їх дуже хімічно реактивними, оскільки вони легко втрачають цей електрон. При контакті з органічним електролітом металевий літій утворює на своїй поверхні плівку, яка називається інтерфейсом твердого електроліту (SEI). Основна функція цієї плівки — ізолювати металевий літій від електроліту, запобігаючи подальшій корозії літію. Однак через значну зміну об’єму металевого літію під час заряджання та розряджання плівка SEI часто розривається. Відкрита свіжа металева літієва поверхня знову реагує з електролітом, утворюючи нову плівку SEI. Цей процес не тільки сприяє зростанню літієвих дендритів уздовж тріщин, але також може проникнути в сепаратор всередині батареї, викликаючи коротке замикання. У разі короткого замикання всередині батареї утворюється велика кількість тепла, що в екстремальних випадках може призвести до загоряння або вибуху, серйозно вплинувши на ефективність безпеки та продаж літієвих батарей. Крім того, зі збільшенням кількості літієвих дендритів вони надають більше можливостей негативному електроду для контакту з електролітом, тим самим прискорюючи швидкість побічних реакцій. Ці незворотні процеси споживають електродні матеріали та електроліти, зменшуючи щільність енергії батареї та кулонівську ефективність. Після тривалого використання багато літієвих дендритів потрапляють у новоутворену плівку SEI, нездатну брати участь у нормальних електрохімічних реакціях; одночасно літієві дендрити поблизу підкладки швидко розкладаються, викликаючи «мертвий» літій, тобто ця частина літію стає електрохімічно неактивною, що значно послаблює загальну продуктивність акумулятора. За останні 40 років було досягнуто значного прогресу в дослідженні та моделюванні механізмів утворення дендритів літію.
Однією з найпоширеніших стратегій придушення росту дендритів є підвищення стабільності та консистенції шару інтерфейсу твердого електроліту (SEI) на поверхні металевого літію шляхом регулювання складу електроліту та додавання певних речовин. Однак, оскільки металевий літій є термодинамічно нестабільним в органічних добавках, формування ефективного пасивуючого шару на його поверхні в середовищі рідкого електроліту є досить складним завданням. Окрім оптимізації шару SEI, введення полімерів або твердих бар’єрних шарів з високою механічною міцністю також може бути ефективним засобом запобігання проникненню дендритів у сепаратор. Ці методи мають на меті запобігти пошкодженню сепаратора літієвими дендритами шляхом покращення механічних властивостей шару SEI або самого сепаратора, але вони принципово не усувають проблему утворення дендритів. Незважаючи на те, що до повного подолання цієї проблеми залишилося ще деякий час, а акумулятори на основі-літієвого металевого аноду ще не широко доступні на ринку, дослідники теоретично запропонували кілька концептуальних конструкцій металевих літієвих батарей, демонструючи потенціал для практичного застосування. Серед них літій-сірчані батареї, у яких сірка використовується як катодний матеріал, і літій-кисневі батареї, у яких кисень є катодним активним матеріалом, привернули значну увагу завдяки своїм унікальним перевагам і вважаються двома висококомерційно перспективними системами всіх-компонентів. Літієві-сірчані батареї мають надзвичайно високу щільність енергії (приблизно 2600 Вт·кг) і широко визнані багатообіцяючими кандидатами на-системи зберігання енергії акумуляторів наступного покоління. Що ще важливіше, елементарна сірка поширена в природі та є безпечною для навколишнього середовища, що ще більше підкреслює переваги літієвих-сірчаних батарей. Тому останніми роками літій-сірчані батареї привернули увагу всього світу.
Полісульфідні проміжні сполуки, що утворюються під час заряджання та розряджання літієвих -сірчаних акумуляторів, розчиняються в електроліті та переміщуються до негативного електрода. Тому придушення літієвих дендритів стає складнішим у присутності полісульфідних проміжних продуктів, особливо коли навантаження сірки на катод є високим. Полісульфіди можуть проникати через плівку SEI і роз'їдати свіжий металевий літій під поверхневим шаром, що призводить до втрати ємності. Тому запобігання полісульфідному човнику необхідно не лише для покращення ємності катода під час роботи літій-сірчаної батареї, але й для стабільності плівки SEI та отримання дендритного-негативного електрода. Завдяки безперервним зусиллям було розроблено багато методів, включаючи домен позитивного обмеження та адсорбцію, модифікацію електроліту та конструкцію сепаратора. Однак ці методи, здається, більше зосереджені на придушенні полісульфідного човника та покращенні коефіцієнта використання сірчаного катода, без прямого пригнічення росту дендритів у металевому літієвому аноді. Продуктивність літій-сірчаних батарей залежить від захисту металевого літієвого анода. Синергічний ефект різних методів придушення росту дендритів може прискорити практичне застосування літій-сірчаних батарей.
Літій-кисневі батареї – це тип акумуляторів, які використовують кисень з повітря як позитивний електрод; їх іноді називають літієвими-повітряними батареями. Теоретична щільність енергії літій-кисневих батарей досягає 3500 Вт·год/кг, що значно перевищує щільність комерційних літій-іонних батарей. Таким чином, літій-кисневі батареї стали революційним досягненням у сфері накопичення енергії, привертаючи увагу всього світу та розглядаючись як сильний суперник у системах зберігання енергії наступного-покоління.
Подібно до полісульфідних проміжних продуктів, перехресне-з’єднання кисню від позитивного електрода до металевого літієвого негативного електрода в літій-кисневих батареях може призвести до поступового погіршення поверхні металевого літію, що призводить до розкладання електроліту та утворення LiOH і LiCO3 під час заряджання. Тому було розроблено кілька стратегій для придушення перехресного-зшивання кисню. Окрім проблеми з позитивним електродом, виснаження літію, спричинене ростом дендритів і пошкодженням пасиваційної плівки, серйозно перешкоджає використанню металевого літію в перезаряджуваних літій-кисневих батареях. Вищезазначені стратегії придушення росту літієвих дендритів також застосовуються до літій-кисневих батарей. За допомогою електролітних добавок, модифікації сепаратора та конструкції негативного електрода продуктивність літієвих батарей можна значно покращити.