韓國研究人員研發出突破性設計策略 推動固體電池發展
時間:2021-01-15 21:33來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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裸露晶面的立方結構（圖片來源：techxplore）
作為新一代電池，全固態電池具有比現有鋰電池更高的穩定性和容量。這類電池采用不可燃固體正極和電解質，在高溫或外部沖擊環境下可大幅降低爆炸或起火風險，有助于提高能量密度（是鋰電池的兩倍），或將改變電動汽車和儲能設備市場的發展趨勢。然而，固體電解質的離子導電性低、界面電阻高，且易于降解，這會影響電池的性能和壽命，并使其商業化應用受限。
據外媒報道，韓國科學技術研究院（KIST）與成均館大學的研究人員合作研究出突破性材料設計策略，可以克服固體電解質和正極之間界面電阻高的問題。
兩種不同物質的重合界面上會出現獨特的物理現象。在物質本體內，鄰近的原子形成穩定的鍵。與之不同的是，由于一側沒有相同物質的相鄰原子，界面上的原子很可能形成不同的原子排列。全固態電池具有固體電極-固體電解質界面，在電池中會出現擾亂原子排列并限制電荷轉移的現象，從而增加電阻并加速降解。為了解決這一問題，目前正在研究在正極和電解質表面涂覆適當材料或插入中間層。然而，這將進一步增加成本，并降低電池的整體活性和能量密度。
為了解決這些問題，KIST和成均館聯合研究團隊首先系統性確定直接影響固體界面的材料晶體結構。利用外延薄膜技術（一種半導體制造技術），沿基層晶體形成方向生成薄膜，在不同條件下，獲得具有不同裸露晶面的正極薄膜。在不考慮顆粒大小和接觸面積等因素的情況下，詳細分析裸露晶面對固體電解質與正極材料之間界面的影響。
結果顯示，裸露晶面的緊密包覆結構，可以阻止正極材料中的過渡金屬泄漏至電解液中，從而提高全固態電池的穩定性。此外，當晶體界面與電子運動方向平行時，離子和電子可以不受阻礙地沿晶體運動，從而減小電阻，提高容量輸出。
KIST的研究人員Sang-baek Park博士表示：“通過增加晶面密度及調整晶體之間的界面方向，可以改善正極材料，確保高性能和穩定性。本項研究探討全固態電池的降解機理。我們計劃在此基礎上，解決固體電解質和固體正極界面的不穩定性問題，改進離子-電荷交換特性，加速開發全固態電池材料。”
(責任編輯：子蕊)
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