東京工業(yè)大學(xué)，東京大學(xué)，國(guó)立先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所和日本工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，清潔的電解質(zhì)/電極界面是實(shí)現(xiàn)高容量固態(tài)鋰的關(guān)鍵電池。他們的發(fā)現(xiàn)可能為改進(jìn)電池設(shè)計(jì)鋪平道路，從而提高移動(dòng)設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)的容量，穩(wěn)定性和安全性。

液態(tài)鋰離子電池?zé)o處不在，在大多數(shù)日常移動(dòng)設(shè)備中都可以找到。液態(tài)電池雖然具有很多優(yōu)勢(shì)，但也帶來(lái)了明顯的風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，在因設(shè)計(jì)錯(cuò)誤導(dǎo)致智能手機(jī)爆炸而導(dǎo)致電池的液體電解質(zhì)泄漏并著火之后，這一點(diǎn)已為公眾所了解。

制造成本，耐用性和容量等其他缺點(diǎn)導(dǎo)致科學(xué)家們研究了另一種技術(shù)：固態(tài)鋰電池(SSLB)。SSLB包括在充電和放電期間交換鋰(Li)離子的固體電極和固體電解質(zhì)。其更高的能量密度和安全性使SSLB成為非常強(qiáng)大的來(lái)源。

但是，阻止SSLB的商業(yè)化仍然存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)。對(duì)于當(dāng)前的研究，研究人員進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)并獲得了可將SSLB的性能提升到更高水平的見(jiàn)解。負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的東京理工大學(xué)的Taro Hitosugi教授解釋了他們的動(dòng)機(jī)：“ LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4(LNMO)是SSLBs正極的有希望的材料，因?yàn)樗梢援a(chǎn)生相對(duì)較高的電壓。在這項(xiàng)研究中，我們證明了電池在2.9和4.7 V電壓下工作，并同時(shí)在電解質(zhì)/電極界面實(shí)現(xiàn)了大容量，穩(wěn)定的循環(huán)以及低電阻。”

先前的研究表明，在基于LNMO的SSLB中，實(shí)現(xiàn)清潔的電解質(zhì)/電極界面對(duì)于實(shí)現(xiàn)低界面電阻和快速充電至關(guān)重要。科學(xué)家們還指出，鋰離子在制造時(shí)會(huì)自發(fā)地從Li3PO4(LPO)電解質(zhì)遷移到LNMO層，從而在LNMO中形成LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4(L 2 NMO)相，其分布未知，并且會(huì)影響電池性能。

該小組研究了L 2 NMO相的狀態(tài)，分析了在充電和放電過(guò)程中Li 0 Ni 0.5 Mn1.5O 4(L0NMO)和L 2 NMO相之間的晶體結(jié)構(gòu)變化。他們還研究了在真空中制造的干凈LPO / LNMO界面上L 2 NMO的初始分布，以及電極厚度的影響。

引人注目的是，清潔接口在SSLB的充電和放電過(guò)程中促進(jìn)了Li的嵌入和脫嵌。結(jié)果，具有干凈接口的SSLB的容量是傳統(tǒng)基于LNMO的電池的兩倍。此外，這項(xiàng)研究標(biāo)志著首次在SSLB中的L0NMO和L 2 NMO相之間發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定的可逆反應(yīng)。

東北大學(xué)的助理教授河之秀行(Hideyuki Kawasoko)以及該研究的主要作者指出：“我們的發(fā)現(xiàn)表明，形成無(wú)污染，干凈的LPO / LNMO接口是增加SSLB容量同時(shí)確保低接口電阻以實(shí)現(xiàn)快速充電的關(guān)鍵。 ”

除移動(dòng)設(shè)備外，SSLB還可以在電動(dòng)汽車(chē)中找到家，為此，成本和電池耐用性成為廣泛商業(yè)化的主要障礙。這項(xiàng)研究的結(jié)果為未來(lái)的SSLB設(shè)計(jì)提供了重要的見(jiàn)識(shí)，并為從化石燃料向更環(huán)保的運(yùn)輸方式過(guò)渡鋪平了道路。注意SSLB的出現(xiàn)!

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