據(jù)外媒報道，東京工業(yè)大學（Tokyo Tech）、日本國家先進工業(yè)科學技術(shù)研究所(AIST)和山形大學（Yamagata University）的研究人員提出一項恢復全固態(tài)電池低電阻的策略。這使該類電池離成為主流電源又邁進了一步，有望應用于下一代電動汽車和電子產(chǎn)品。研究人員還探討其中潛在的電阻降低機制，以進一步了解全固態(tài)鋰電池的基本工作原理。

 

 

（圖片來源：東京工業(yè)大學）

 

全固態(tài)鋰電池是材料科學與工程領(lǐng)域的新趨勢，傳統(tǒng)鋰離子電池無法滿足電動汽車等領(lǐng)先技術(shù)的標準，如高能量密度、快速充電和長循環(huán)壽命。全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，而不是傳統(tǒng)電池中的液體電解質(zhì)，不僅符合相關(guān)要求，而且可在短時間內(nèi)完成充電，相對來說比較安全、方便。

 

然而，固態(tài)電解質(zhì)也存在一定的局限性。事實證明，正極和固態(tài)電解質(zhì)之間的界面表現(xiàn)出較大的電阻，其原因尚不清楚。此外，當電極表面暴露于空氣中時，電阻會增長，影響電池的容量和性能。研究人員采取過一些措施來降低電阻，但均未將其成功降至10Ωcm2以下，即未暴露于空氣時報告的界面電阻值。

 

在最近的研究中，由東京工業(yè)大學研究人員領(lǐng)導的團隊，可能終于解決了這個問題。研究人員提出了一種恢復界面低電阻的策略并展示相關(guān)機制，為制造高性能全固態(tài)電池的提供了寶貴的見解。首先，該團隊準備了由鋰負極、LiCoO2正極和Li3PO4固體電解質(zhì)組成的薄膜電池。在制作完成電池之前，研究人員將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，持續(xù)30分鐘。

 

令人驚奇的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，與未暴露的電池相比，暴露在N2、O2、CO2和H2環(huán)境下的電池性能并沒有下降。Hitosugi教授表示：“只有水蒸汽會嚴重影響Li3PO4-LiCoO2 界面，并大幅提高電阻，達到未暴露界面的10倍以上。”

 

接下來，該團隊進行“退火”過程，在150°C下對樣品進行熱處理一小時。令人驚訝的是，這使電阻降至10.3Ωcm2，與未暴露的電池相當。

 

研究小組隨后進行數(shù)值模擬和尖端測量。結(jié)果顯示，這可能是因為在退火過程中，結(jié)合在LiCoO2結(jié)構(gòu)內(nèi)的質(zhì)子自發(fā)脫嵌，從而導致電阻降低。

 

Hitosugi表示：“研究表明，在電阻恢復過程中，LiCoO2結(jié)構(gòu)中的質(zhì)子發(fā)揮了重要作用。研究人員希望，闡明這些界面微觀過程，將有助于擴大全固態(tài)電池的應用潛力。”