加熱可去電阻？日本科學家突破關鍵瓶頸 全固態電池離應用更近一步
時間:2022-01-10 11:13來源:財聯社 作者:黃君芝
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隨著東京工業大學、鋼鐵技術協會（AIST）和山形大學的研究人員推出了一種恢復其低電阻的策略，全固態電池現在離成為下一代主力電池又近了一步。他們還探索了潛在的還原機制，為更好理解全固態鋰電池的基礎工作原理鋪平了道路。
全固態鋰電池已經成為材料科學與工程領域的新熱潮，因為傳統的鋰離子電池已經不能滿足先進技術標準，如電動汽車要求高能量密度、快速充電和長周期壽命。全固態電池用固體電解質代替傳統電池中的液體電解質，不僅符合這些標準，而且可以在短時間內充滿電，因此相對來說更安全、更方便。
然而，固體電解質也有其自身的挑戰。結果表明，正電極和固體電解質之間的界面顯示有一個很大的電阻，其來源尚不清楚。此外，當電極表面暴露在空氣中時，電阻會增加，電池的容量和性能隨之降低。盡管科學家們已嘗試了很多方法看來降低電阻，但始終無法將電阻降到10Ωcm2，即未暴露在空氣中時所報告的界面電阻值。
近期，來自日本的一個研究團隊可能終于找到方法解決上述問題，其研究成果發表在了《美國化學學會應用材料與界面》雜志（ACS Applied Materials & Interfaces）上。該團隊能夠找出有效恢復低界面電阻的策略以及揭示了電阻降低的機制，為高性能全固態電池的制造提供了寶貴的見解。
首先，該團隊準備了由鋰負極、LiCoO2正極和Li3PO4固體電解質組成的薄膜電池。在完成電池制作之前，研究小組將LiCoO2表面暴露在空氣、氮氣（N2）、氧氣（O2）、二氧化碳（CO2）、氫氣（H2）、水蒸氣（H2O）中30分鐘。
令他們驚訝的是，他們發現與未暴露的電池相比，暴露在N2、O2、CO2和H2環境下的電池性能并沒有下降。Hitosugi教授說，“只有水蒸氣會強烈地降解Li3PO4 - LiCoO2界面，并大幅增加其電阻，其值比未暴露的界面高出10倍以上。”
該團隊接下來進行了一種稱為“退火”的過程，在此過程中，樣品以電池的形式在150°C下進行了一個小時的熱處理，即沉積了負極。令人驚訝的是，這將電阻降低到10.3 Ω cm2，與未暴露的電池相當。
通過進行數值模擬和尖端測量，該團隊隨后揭示，還原可能歸因于退火過程中LiCoO2結構內部質子的自發去除。研究人員表示，“我們的研究表明，LiCoO2結構中的質子在恢復過程中發揮了重要作用。我們希望這些界面微觀過程的闡明將有助于擴大全固態電池的應用潛力。”
文章標簽：
全固態電池
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