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德國(guó)新研究發(fā)現(xiàn)：固態(tài)電池界面涂覆納米涂層可讓電池穩(wěn)定

時(shí)間:2021-06-09 09:09來(lái)源:蓋世汽車作者:Fairy

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電池內(nèi)部（圖片來(lái)源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)）

固態(tài)電池中的離子需要在多層材料界面中穿行，而這會(huì)帶來(lái)一些挑戰(zhàn)。據(jù)外媒報(bào)道，德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)凱撒·威廉物理化學(xué)和電化學(xué)研究所和于利希研究中心的科學(xué)家們組成的一個(gè)團(tuán)隊(duì)表示，在此類材料界面上涂上納米涂層，就可以讓電池穩(wěn)定。

固態(tài)電池被認(rèn)為是下一代移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備，有望增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，而且比現(xiàn)在所有電動(dòng)汽車上搭載的、含有有機(jī)液體的傳統(tǒng)電池更加安全。電池中的液體——電解質(zhì)會(huì)有很多缺點(diǎn)：比固體電解質(zhì)老化得更快，還容易燃燒。在汽車事故中，電池會(huì)暴露在機(jī)械應(yīng)力下，可能會(huì)導(dǎo)致電池泄露，導(dǎo)致特別危險(xiǎn)的事故。下一代電動(dòng)汽車希望能夠避免此類安全問(wèn)題，同時(shí)還能夠存儲(chǔ)更多能量。因此，寶馬、戴姆勒、福特和大眾等大型汽車制造商都在大舉投資研發(fā)高性能固態(tài)電池。

然而，截至目前，固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用還不具有競(jìng)爭(zhēng)力。雖然有了新的可能性，但也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。在電池充放電過(guò)程中，離子（目前是鋰離子）必須在電池內(nèi)部的兩極之間來(lái)回移動(dòng)。固態(tài)電池中可移動(dòng)的離子不再是在液體中移動(dòng)，而是必須通過(guò)多個(gè)固相。因此，需要確保此類離子不會(huì)撞到材料和晶粒界面等高阻隔。這是因?yàn)殡x子傳導(dǎo)介質(zhì)——電解質(zhì)不再由一個(gè)均勻的相組成，而是由許多連在一起的固體晶粒組成。為了讓離子在連續(xù)不斷的通道內(nèi)擴(kuò)散，在合成過(guò)程中，松散晶粒會(huì)被高壓燒結(jié)，在此過(guò)程中，連接晶粒的界面上會(huì)形成薄膜，讓離子很好地進(jìn)行傳輸。

在固態(tài)電池的研究中，新形成的接觸層的作用一直備受質(zhì)疑。人們認(rèn)為，固態(tài)電池界面上的變化只會(huì)產(chǎn)生不好的特性，因此總是試圖將其影響降至最低。而凱撒·威廉物理化學(xué)和電化學(xué)研究所、慕尼黑工業(yè)大學(xué)和于利希研究中心的科學(xué)家小組剛剛發(fā)現(xiàn)，此類界面上的變化并不一定是不利的，事實(shí)上，可能會(huì)有積極的影響。

為了找到答案，該團(tuán)隊(duì)分析了電池內(nèi)納米大小的晶粒邊界的功能。Rüdiger-A. Eichel教授表示：“這在以往的固態(tài)電池研究中，是從未涉及到的。直到現(xiàn)在，人們的重點(diǎn)還是集中在中觀和宏觀的研究上，但是根本無(wú)法足夠了解該行為。”通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)研究，Christoph Scheurer博士團(tuán)隊(duì)成功在源自水平上描述了間相的特征。研究人員發(fā)現(xiàn)，此類間相實(shí)際上有助于實(shí)現(xiàn)電池的電化學(xué)穩(wěn)定。

原因在于，形成的間相有助于抑制鋰枝晶的成核。當(dāng)電子和鋰離子在電池內(nèi)相遇時(shí)，此類觸須狀結(jié)構(gòu)（枝晶）就會(huì)形成，然后會(huì)結(jié)合形成延伸的分支，很快會(huì)導(dǎo)致電池故障。一旦金屬枝晶連接了電池的陽(yáng)極和陰極，就會(huì)造成短路，電池就會(huì)出故障。慕尼黑工業(yè)大學(xué)博士生Sina Stegmaier表示：“在電池內(nèi)部的晶粒之間自然形成極薄的一層，可作為保護(hù)涂層，抑制此種現(xiàn)象。”

此類研究成果在不久的將來(lái)會(huì)對(duì)固態(tài)電池研發(fā)產(chǎn)生重大影響。針對(duì)此類保護(hù)涂層形成間相可能是抑制枝晶形成的一條有發(fā)展前景的途徑，可實(shí)現(xiàn)更持久、更安全的下一代電池。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：電池固態(tài)電池納米涂層

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