翻越两座"大山"!研究人员解决固态电池安全、长寿难题

时间：2024-06-14 预览：1 source:

　　能源部橡树岭国家实验室的科学家们已经开发出一种可扩展的、低成本的方法来改善固态电池中材料的连接，解决了安全、长寿命能源储存系统商业开发中的一个巨大挑战。

　　固态电池采用了一种更安全的快速充电结构，其特点是固态电解质与当今锂离子电池中的液体电解质不同。一个成功的固态商业电池系统可以提供至少两倍于锂离子电池的能量密度，而且占地面积小得多。例如，该系统将使电动汽车的行驶里程大大增加。

　　制造固态电池的挑战之一是很难让材料正确连接并在反复的充电和放电周期中保持稳定。科学家们在实验室里研究克服这一被称为接触阻抗的特性的方法，到目前为止，主要集中在施加高压和其他方法上。但这一过程可能导致短路，并且需要定期重新施加，以使用昂贵的售后应用来延长电池的寿命。

　　ORNL的研究人员使用的电化学脉冲消除了在连接锂金属阳极材料层和固体电解质材料时形成的空隙：在这种情况下是陶瓷石榴石型电解质LALZO(Li6.25Al0.25La3Zr2O12)。正如ACS能源快报所详述的那样，应用短而高的电压脉冲导致材料界面的接触增加，同时没有产生不利影响。

　　非破坏性的、低成本的脉冲方法导致了局部发热的电流，该电流围绕着锂金属包覆的空隙，并导致它们消散。研究小组重复了实验，并对材料进行了先进的表征，这表明在应用脉冲方法后，电池组件没有退化。这种方法可以扩展到允许固态电池被移除和刷新，使其恢复到几乎原来的容量。

　　该项目共同负责人、ORNL电气化科科长IliasBelharouak说：这种方法将实现全固态结构，而不需要施加可能损坏电池的外力，而且在电池使用过程中也不实用。在我们开发的过程中，电池可以正常制造，然后如果电池变得疲劳，可以应用一个脉冲来恢复和刷新接口。

　　该方法的想法来自于以前的工作，在这些工作中，ORNL的电池研究人员使用电化学脉冲来治愈可能在固体电解质中形成的破坏性树突。

　　这项研究正在进行，包括用更先进的电解质材料进行实验。ORNL的多学科储能团队也在努力将其突破扩大到一个工作规模的固态电池系统。

　　Belharouak说：有时你看到在实验室规模开发的东西，当你把它们放到电池结构中时，最终不能很好地一起工作。在ORNL，我们试图在工作中建立实用性，利用我们深厚的科学家和工程师队伍来解决跨规模的科学差距，以获得可被工业界轻易采用的方法。