電池內部（圖片來源：慕尼黑工業大學）

 

      固態電池中的離子需要在多層材料界面中穿行，而這會帶來一些挑戰。據外媒報道，德國慕尼黑工業大學凱撒·威廉物理化學和電化學研究所和于利希研究中心的科學家們組成的一個團隊表示，在此類材料界面上涂上納米涂層，就可以讓電池穩定。

 

       固態電池被認為是下一代移動儲能設備，有望增加電動汽車的續航里程，而且比現在所有電動汽車上搭載的、含有有機液體的傳統電池更加安全。電池中的液體——電解質會有很多缺點：比固體電解質老化得更快，還容易燃燒。在汽車事故中，電池會暴露在機械應力下，可能會導致電池泄露，導致特別危險的事故。下一代電動汽車希望能夠避免此類安全問題，同時還能夠存儲更多能量。因此，寶馬、戴姆勒、福特和大眾等大型汽車制造商都在大舉投資研發高性能固態電池。

 

       然而，截至目前，固態電池的商業化應用還不具有競爭力。雖然有了新的可能性，但也帶來了新的挑戰。在電池充放電過程中，離子（目前是鋰離子）必須在電池內部的兩極之間來回移動。固態電池中可移動的離子不再是在液體中移動，而是必須通過多個固相。因此，需要確保此類離子不會撞到材料和晶粒界面等高阻隔。這是因為離子傳導介質——電解質不再由一個均勻的相組成，而是由許多連在一起的固體晶粒組成。為了讓離子在連續不斷的通道內擴散，在合成過程中，松散晶粒會被高壓燒結，在此過程中，連接晶粒的界面上會形成薄膜，讓離子很好地進行傳輸。

 

       在固態電池的研究中，新形成的接觸層的作用一直備受質疑。人們認為，固態電池界面上的變化只會產生不好的特性，因此總是試圖將其影響降至最低。而凱撒·威廉物理化學和電化學研究所、慕尼黑工業大學和于利希研究中心的科學家小組剛剛發現，此類界面上的變化并不一定是不利的，事實上，可能會有積極的影響。

 

       為了找到答案，該團隊分析了電池內納米大小的晶粒邊界的功能。Rüdiger-A. Eichel教授表示：“這在以往的固態電池研究中，是從未涉及到的。直到現在，人們的重點還是集中在中觀和宏觀的研究上，但是根本無法足夠了解該行為。”通過計算機模擬和實驗研究，Christoph Scheurer博士團隊成功在源自水平上描述了間相的特征。研究人員發現，此類間相實際上有助于實現電池的電化學穩定。

 

       原因在于，形成的間相有助于抑制鋰枝晶的成核。當電子和鋰離子在電池內相遇時，此類觸須狀結構（枝晶）就會形成，然后會結合形成延伸的分支，很快會導致電池故障。一旦金屬枝晶連接了電池的陽極和陰極，就會造成短路，電池就會出故障。慕尼黑工業大學博士生Sina Stegmaier表示：“在電池內部的晶粒之間自然形成極薄的一層，可作為保護涂層，抑制此種現象。”

 

       此類研究成果在不久的將來會對固態電池研發產生重大影響。針對此類保護涂層形成間相可能是抑制枝晶形成的一條有發展前景的途徑，可實現更持久、更安全的下一代電池。