蓋世汽車訊 在尋找完美電池的過(guò)程中，科學(xué)家們有兩個(gè)主要目標(biāo)，即創(chuàng)造一種可以儲(chǔ)存大量能量的設(shè)備，并可安全使用。許多電池含有液體電解質(zhì)，而該電解質(zhì)易燃。而固態(tài)鋰離子電池由完全固體組件組成，具有更高的安全性和能量密度，因此科學(xué)家們對(duì)該電池非常感興趣。其中能量密度指的是在給定體積內(nèi)電池可以存儲(chǔ)的能量。

據(jù)外媒報(bào)道，加拿大滑鐵盧大學(xué)（University of Waterloo）的研究人員，同樣也是美國(guó)能源部（DOE）阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的儲(chǔ)能研究聯(lián)合中心（JCESR）的成員，發(fā)現(xiàn)一種兼具多個(gè)重要優(yōu)勢(shì)的新型固體電解質(zhì)。

（圖片來(lái)源：加拿大滑鐵盧大學(xué)）

該電解質(zhì)由鋰、鈧、銦和氯組成，可以很好地傳導(dǎo)鋰離子，但傳導(dǎo)電子很差。這種組合對(duì)于創(chuàng)建全固態(tài)電池至關(guān)重要，該電池在高壓（高于4伏）下可循環(huán)100次，在中間電壓下循環(huán)數(shù)千次，其容量也不會(huì)顯著降低。該電解質(zhì)的氯化物性質(zhì)是其在4伏以上工作條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的關(guān)鍵，這意味著該電解質(zhì)適用于當(dāng)今鋰離子電池的典型陰極材料。

滑鐵盧大學(xué)化學(xué)系博士、JCESR長(zhǎng)期成員Linda Nazar教授表示：“固態(tài)電解質(zhì)的主要優(yōu)勢(shì)是不會(huì)著火，并且可以有效地放置在電池中。很高興，我們可以展示其穩(wěn)定的高壓操作?！?/p>

固態(tài)電解質(zhì)的當(dāng)前迭代主要集中在硫化物上，而硫化物在2.5伏以上電壓會(huì)氧化和降解。因此工作電壓高于4伏時(shí)，陰極材料周圍會(huì)加入絕緣涂層，會(huì)削弱電子和鋰離子從電解質(zhì)移動(dòng)到陰極的能力。

Nazar表示：“硫化物電解質(zhì)的難點(diǎn)在于，如何使陰極材料具有電子導(dǎo)電性的同時(shí)，將電解質(zhì)和陰極電子隔離，并保障其不會(huì)氧化。”

雖然Nazar團(tuán)隊(duì)并不是首批設(shè)計(jì)氯化物電解質(zhì)的團(tuán)隊(duì)，但基于之前的研究，事實(shí)證明將一半的銦換成鈧，可使電池具有更低的電子和更高的離子電導(dǎo)率。Nazar表示：“氯化物電解質(zhì)越來(lái)越受歡迎，它不僅在只高電壓下會(huì)氧化，且與最好陰極在化學(xué)上相容?！?/p>

離子電導(dǎo)率的一個(gè)化學(xué)關(guān)鍵在于材料縱橫交錯(cuò)的3D結(jié)構(gòu)，即尖晶石。研究人員必須平衡兩個(gè)互斥的特性，即盡可能多地為尖晶石加載帶電荷的離子，但也要讓離子通過(guò)的位置保持開(kāi)放。Nazar說(shuō)：“這就好像舉辦舞會(huì)時(shí)，你既希望有人來(lái)，但希望舞會(huì)不會(huì)太擁擠?！?/p>

據(jù)Nazar表示，理想的情況是尖晶石結(jié)構(gòu)中的一半位點(diǎn)被鋰占據(jù)，而另一半保持開(kāi)放，但很難設(shè)計(jì)這種情況。

除了鋰具有良好的離子導(dǎo)電性外，Nazar及其同事還需要確保電子不能輕易地穿過(guò)電解質(zhì)，以在高壓下觸發(fā)其分解。

Nazar稱目前尚不清楚為什么新電解質(zhì)的電子電導(dǎo)率低于許多先前報(bào)道的氯化物電解質(zhì)，但該電解質(zhì)有助于在陰極材料和固體電解質(zhì)間建立干凈的界面，因此可以保證即使陰極中的活性物質(zhì)有很多也可以保持穩(wěn)定性能。

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