在不斷追求在不增加重量或體積的情況下將更多能量裝入電池的過(guò)程中，一項(xiàng)特別有前途的技術(shù)冬是固態(tài)電池。

在固態(tài)電池中，通常在電極之間來(lái)回?cái)y帶電荷的液體電解質(zhì)被一層固體電解質(zhì)層取代。這種電池不僅可以提供兩倍于其體積的能量，而且實(shí)際上還可以消除與現(xiàn)在的鋰離子電池相關(guān)的火災(zāi)隱患。

然而，固態(tài)電池的發(fā)展也在研發(fā)過(guò)程中遇到了關(guān)鍵瓶頸，即固態(tài)電解質(zhì)層和兩側(cè)兩個(gè)電極之間的邊界不穩(wěn)定會(huì)極大地縮短電池的使用壽命。盡管一些研究已經(jīng)使用特殊的涂層來(lái)改善層間的結(jié)合，但這增加了制造過(guò)程中額外涂層步驟的費(fèi)用。

近期，麻省理工學(xué)院(MIT)和布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Brookhaven National Laboratory)的一組研究人員想出了一種方法，可以在不需要任何額外涂層的情況下，達(dá)到與涂層表面相同或超過(guò)其耐久性的效果。

據(jù)了解，新方法只需要在一個(gè)關(guān)鍵的制造步驟(稱為燒結(jié))中消除存在的任何二氧化碳，在這個(gè)步驟中，電池材料被加熱，以在陰極和電解質(zhì)層之間建立結(jié)合，而電解質(zhì)層是由陶瓷化合物制成的。

盡管空氣中存在的二氧化碳數(shù)量微乎其微(以百萬(wàn)分之幾計(jì)算)，但它的影響卻是巨大而有害的。研究人員說(shuō)，在純氧中進(jìn)行燒結(jié)步驟，可以創(chuàng)造出與最好的涂層表面性能相匹配的結(jié)合物，而無(wú)需額外的涂層成本。

上述研究成果已于近期發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》雜志上。研究人員表示，“長(zhǎng)期以來(lái)，由于各種原因，固態(tài)電池一直很受歡迎。推動(dòng)固體電池發(fā)展的關(guān)鍵因素是它們更安全，能量密度更高。但有兩個(gè)因素阻礙了它們的大規(guī)模商業(yè)化，即固體電解質(zhì)的低導(dǎo)電性和界面不穩(wěn)定性問(wèn)題?！?/p>

導(dǎo)電問(wèn)題已經(jīng)得到有效解決，合理的高導(dǎo)電材料已經(jīng)被證明。但要克服界面上出現(xiàn)的不穩(wěn)定因素，難度要大得多。這些不穩(wěn)定性在電池的制造和電化學(xué)操作過(guò)程中都可能發(fā)生，但目前研究人員主要關(guān)注電池的制造，特別是燒結(jié)過(guò)程。

研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，避免二氧化碳，特別是在燒結(jié)過(guò)程中保持純氧氣氛，可以在高達(dá)700度的溫度下產(chǎn)生非常好的結(jié)合，而且沒(méi)有任何有害的化合物形成。他們說(shuō)，用這種方法制成的陰極-電解質(zhì)界面的性能“與我們?cè)谖墨I(xiàn)中看到的最佳界面電阻相當(dāng)”，但那些都是通過(guò)額外的涂覆步驟實(shí)現(xiàn)的。

研究人員還稱，這些新發(fā)現(xiàn)可能會(huì)迅速應(yīng)用于電池生產(chǎn)?！拔覀兲岢龅氖且粋€(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的制造電池的過(guò)程。在制造過(guò)程中不會(huì)增加太多的能量損耗。因此，我們相信它可以相對(duì)容易地應(yīng)用到制造過(guò)程中，而且我們計(jì)算出的附加成本應(yīng)該是可以忽略不計(jì)的?！?/p>

事實(shí)上，像豐田這樣的大公司已經(jīng)開始將早期版本的固態(tài)鋰離子電池商業(yè)化，這些新發(fā)現(xiàn)可以迅速幫助這些公司提高這項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和耐久性。

（文章來(lái)源：財(cái)聯(lián)社）

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