固态电池突围有望？新技术助力扫清关键障碍 “零成本”提升使用寿命

在不断追求在不增加重量或体积的情况下将更多能量装入电池的过程中，一项特别有前途的技术冬是固态电池。

在固态电池中，通常在电极之间来回携带电荷的液体电解质被一层固体电解质层取代。这种电池不仅可以提供两倍于其体积的能量，而且实际上还可以消除与现在的锂离子电池相关的火灾隐患。

然而，固态电池的发展也在研发过程中遇到了关键瓶颈，即固态电解质层和两侧两个电极之间的边界不稳定会极大地缩短电池的使用寿命。尽管一些研究已经使用特殊的涂层来改善层间的结合，但这增加了制造过程中额外涂层步骤的费用。

近期，麻省理工学院(MIT)和布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的一组研究人员想出了一种方法，可以在不需要任何额外涂层的情况下，达到与涂层表面相同或超过其耐久性的效果。

据了解，新方法只需要在一个关键的制造步骤(称为烧结)中消除存在的任何二氧化碳，在这个步骤中，电池材料被加热，以在阴极和电解质层之间建立结合，而电解质层是由陶瓷化合物制成的。

尽管空气中存在的二氧化碳数量微乎其微(以百万分之几计算)，但它的影响却是巨大而有害的。研究人员说，在纯氧中进行烧结步骤，可以创造出与最好的涂层表面性能相匹配的结合物，而无需额外的涂层成本。

上述研究成果已于近期发表在《先进能源材料》杂志上。研究人员表示，“长期以来，由于各种原因，固态电池一直很受欢迎。推动固体电池发展的关键因素是它们更安全，能量密度更高。但有两个因素阻碍了它们的大规模商业化，即固体电解质的低导电性和界面不稳定性问题。”

导电问题已经得到有效解决，合理的高导电材料已经被证明。但要克服界面上出现的不稳定因素，难度要大得多。这些不稳定性在电池的制造和电化学操作过程中都可能发生，但目前研究人员主要关注电池的制造，特别是烧结过程。

研究人员通过实验证明，避免二氧化碳，特别是在烧结过程中保持纯氧气氛，可以在高达700度的温度下产生非常好的结合，而且没有任何有害的化合物形成。他们说，用这种方法制成的阴极-电解质界面的性能“与我们在文献中看到的最佳界面电阻相当”，但那些都是通过额外的涂覆步骤实现的。

研究人员还称，这些新发现可能会迅速应用于电池生产。“我们提出的是一个相对简单的制造电池的过程。在制造过程中不会增加太多的能量损耗。因此，我们相信它可以相对容易地应用到制造过程中，而且我们计算出的附加成本应该是可以忽略不计的。”

事实上，像丰田这样的大公司已经开始将早期版本的固态锂离子电池商业化，这些新发现可以迅速帮助这些公司提高这项技术的经济性和耐久性。

（文章来源：财联社）

关键词： 使用寿命