来自麻省理工学院的新型固态电池新闻

我们都知道 – 或者认为我们知道 – 固态电池比具有液体或半液体电解质的电池更好。 固态电池发生热失控(普通人称之为火灾)的风险较低。它还具有更高的能量密度,可以更快地充电和放电,在低温下表现更好,并且持续时间更长。那么为什么不是每个人都用它们来为他们的电池电动汽车供电呢?

答案是,没有人知道如何在实验室之外制造它们——但是——但科学家们一直在靠近。根据麻省理工学院的说法,制造固态电池的主要绊脚石之一是固态电解质层与两侧两个电极之间边界的不稳定性会大大缩短其寿命。添加特殊涂层以改善层之间的粘合可以解决一些问题,但会增加制造成本。

麻省理工学院和布鲁克海文国家实验室的一组研究人员提出了一种无需涂层即可获得等于或超过涂层表面耐久性的结果的方法。关键是在制造过程中称为烧结的关键步骤中消除任何二氧化碳痕迹。

在该过程中,由陶瓷化合物制成的固态电池材料被加热以在阴极和电解质之间形成结合。在纯氧存在的情况下这样做会产生与最佳涂层表面的性能相匹配的键合,而无需额外的涂层成本。研究结果最近发表在《先进能源材料》杂志上。

“长期以来,出于各种原因,固态电池一直很受欢迎,”研究员 Bilge Yildiz 说。 “固体电池的关键驱动点是它们更安全并且具有更高的能量密度,”但她表示,它们被两个因素阻碍了大规模商业化 – 固体电解质的较低电导率和界面不稳定性问题。

Yildiz 表示,导电性难题已得到有效解决,并且已经证明了合理的高导电性材料。但克服界面上出现的不稳定性更具挑战性。这些不稳定性可能在此类电池的制造和电化学操作过程中发生,但目前研究人员专注于制造,特别是烧结过程。

固态电池和烧结

需要烧结是因为如果陶瓷层只是简单地相互压合,它们之间的接触就很不理想。间隙太多,界面上的电阻很高。烧结导致来自每种材料的原子迁移到另一种材料中以形成键。

该团队的实验表明,在任何高于几百度的温度下,如果存在二氧化碳,即使是微量二氧化碳,也会发生有害反应,从而增加界面的电阻。他们证明,避免二氧化碳,特别是在烧结过程中保持纯氧气氛,可以在高达 700 度的温度下产生非常好的粘合,而不会形成任何有害化合物。

使用这种方法制造的阴极-电解质界面的性能“与我们在文献中看到的最佳界面电阻相当”,但这些都是通过额外的涂层步骤实现的。 “我们发现你可以避免额外的制造步骤,这通常是昂贵的,”Yildiz 说。

下一步是什么?

研究小组现在正在研究这些键在电池循环过程中如何长期保持。与此同时,Yildiz 表示,新发现可能会迅速应用于固态电池生产。 “我们提出的是一个相对简单的电池制造过程。它不会给制造增加太多能量损失。因此,我们相信它可以相对容易地用于制造过程。”团队认为,增加的成本可以忽略不计

这项研究得到了美国陆军研究办公室通过麻省理工学院士兵纳米技术研究所 [你在工作中的税金] 的支持。该团队使用了美国国家科学基金会支持的设施和能源部支持的布鲁克海文国家实验室的设施。

信息来源:CleanTechnica

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