全固态电池关键瓶颈已破大规模应用指日可待:当前快报

开利财经| 2023-03-07 17:05:07

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在人类追求清洁能源和碳中和的过程中，锂电（LIB）至关重要。然而，传统锂电的电解质是液态的，这导致了一系列的缺点，如耐用性差、容量低，有安全隐患，以及有毒和碳足迹等环境问题，因此它并不太适合电动汽车等应用。

为了解决这些缺点并进一步提高能量密度，全球范围内的科学家们都在积极开发全固态锂离子电池（ASS-LIBs）。这种电池采用固体电解质，这使它更安全，还能够保持更大的功率密度。不过，其电解质-电极界面处具有较高电阻，会降低输出并阻止快速充电，这影响了这类电池的广泛应用。

事实上，导致这种高界面电阻的确切原因迄今尚不清楚。但有科学家将其归因为双电层（EDL）效应。该过程会产生一层正电荷或负电荷，进而导致相斥电荷以相等的密度在整个电极上累积，从而形成双层电荷。但实践中，传统的电化学方法还无法检测并测量全固态电池中的EDL。

这一瓶颈在日本东京理科大学（Tokyo University of Science）最近的一项研究中得到了解决。据悉，由Tohru Higuchi副教授领导的科学家们开发出了一种全新方法，可以评估并控制EDL效应。他们的最新研究成果已于近期发表在了《今日材料物理》杂志上。

具体而言，研究人员采用了全固态氢化金刚石（H-diamond）为基础的电双层晶体管（EDLT）进行霍尔测量和脉冲响应测量，以确定EDL充电特性。通过在H-diamond和锂固体电解质之间插入一纳米厚的铌酸锂或磷酸锂中间层，研究小组可以研究EDL效应在这两层之间界面的电响应。

经测试发现，当在电极/固体电解质界面之间引入某种电解质作为中间层时，EDL效应降低。与铌酸锂/H-diamond面相比，磷酸锂/ H-diamond界面的EDL电容要高得多。

中间层对EDL充能速度有加速和减速作用。EDLT的电响应时间变化很大，从大约60毫秒（磷酸锂/H-diamond接口的低速切换）到大约230微秒（铌酸锂/ H-diamond接口的高速切换）不等。这使他们能够在ASS-LIBs中实现载波调制，并改善其充电特性。

Higuchi博士表示，“我们对锂离子导电层的研究结果，对于控制界面电阻非常重要，并可能在未来实现所有具有优异充放电特性的固态电池。”