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

時間:2021-06-09 09:09來源:蓋世汽車 作者:Fairy
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電池內(nèi)部（圖片來源：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，而這會帶來一些挑戰(zhàn)。據(jù)外媒報道，德國慕尼黑工業(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)家們組成的一個團隊表示，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)為是下一代移動儲能設(shè)備，有望增加電動汽車的續(xù)航里程，而且比現(xiàn)在所有電動汽車上搭載的、含有有機液體的傳統(tǒng)電池更加安全。電池中的液體——電解質(zhì)會有很多缺點：比固體電解質(zhì)老化得更快，還容易燃燒。在汽車事故中，電池會暴露在機械應(yīng)力下，可能會導(dǎo)致電池泄露，導(dǎo)致特別危險的事故。下一代電動汽車希望能夠避免此類安全問題，同時還能夠存儲更多能量。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)用還不具有競爭力。雖然有了新的可能性，但也帶來了新的挑戰(zhàn)。在電池充放電過程中，離子（目前是鋰離子）必須在電池內(nèi)部的兩極之間來回移動。固態(tài)電池中可移動的離子不再是在液體中移動，而是必須通過多個固相。因此，需要確保此類離子不會撞到材料和晶粒界面等高阻隔。這是因為離子傳導(dǎo)介質(zhì)——電解質(zhì)不再由一個均勻的相組成，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)擴散，在合成過程中，松散晶粒會被高壓燒結(jié)，在此過程中，連接晶粒的界面上會形成薄膜，讓離子很好地進行傳輸。
 
       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，事實上，可能會有積極的影響。
 
       為了找到答案，該團隊分析了電池內(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，人們的重點還是集中在中觀和宏觀的研究上，但是根本無法足夠了解該行為。”通過計算機模擬和實驗研究，Christoph Scheurer博士團隊成功在源自水平上描述了間相的特征。研究人員發(fā)現(xiàn)，此類間相實際上有助于實現(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，此類觸須狀結(jié)構(gòu)（枝晶）就會形成，然后會結(jié)合形成延伸的分支，很快會導(dǎo)致電池故障。一旦金屬枝晶連接了電池的陽極和陰極，就會造成短路，電池就會出故障。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，可作為保護涂層，抑制此種現(xiàn)象。”
 
       此類研究成果在不久的將來會對固態(tài)電池研發(fā)產(chǎn)生重大影響。針對此類保護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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