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7 次美國斯坦福大學(xué)研究團隊在固態(tài)鋰金屬電池關(guān)鍵材料——固態(tài)電解質(zhì)的抗裂問題上取得最新進展。他們在固態(tài)電解質(zhì)表面引入一層經(jīng)退火處理的超薄銀涂層，顯著增強了材料抵抗開裂的能力，使其在機械壓力和快速充電條件下更加穩(wěn)定。相關(guān)研究成果發(fā)表于新一期《自然·材料》雜志，推動固態(tài)鋰金屬電池向?qū)嵱没~出重要一步。
與目前廣泛使用的鋰離子電池不同，固態(tài)電池采用固體電解質(zhì)替代易燃的液體電解質(zhì)，理論上更安全、能量密度更高、充電速度也更快。但現(xiàn)實中，這類固體材料像陶瓷一樣又硬又脆，在制造和使用過程中容易產(chǎn)生肉眼難以察覺的微小裂紋，并在反復(fù)充放電或快充時逐漸擴大，最終導(dǎo)致電池失效。
在生產(chǎn)過程中，要完全消除這些微小缺陷幾乎不可能，與其追求完美無缺，不如讓材料對缺陷不那么敏感。
在此次研究中，團隊以鋰鑭鋯氧化物固態(tài)電解質(zhì)為研究對象。為提升穩(wěn)定性，研究人員在其表面沉積了一層厚度僅約3納米的銀，并對樣品進行加熱處理。
實驗發(fā)現(xiàn)，加熱后，銀會以帶正電的形式進入電解質(zhì)表層，使材料表面變得更加堅韌。在力學(xué)測試中，經(jīng)過銀處理的電解質(zhì)，其表面發(fā)生破裂所需的壓力幾乎是未處理材料的5倍。同時，這層加固表面還能有效阻止鋰在裂紋處鉆入材料內(nèi)部，降低在快速充電條件下形成破壞性結(jié)構(gòu)的風(fēng)險。
這種超薄表面處理方式無需大幅改變電池結(jié)構(gòu)，卻能顯著改善材料穩(wěn)定性，為更安全、更耐用的固態(tài)鋰金屬電池提供了一種成本可控、可推廣的新思路。
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發(fā)布日期: 2024-01-30
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