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加熱可去電阻？日本科學(xué)家突破關(guān)鍵瓶頸 全固態(tài)電池離應(yīng)用更近一步
時間:2022-01-10 11:13來源:財聯(lián)社 作者:黃君芝
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隨著東京工業(yè)大學(xué)、鋼鐵技術(shù)協(xié)會（AIST）和山形大學(xué)的研究人員推出了一種恢復(fù)其低電阻的策略，全固態(tài)電池現(xiàn)在離成為下一代主力電池又近了一步。他們還探索了潛在的還原機(jī)制，為更好理解全固態(tài)鋰電池的基礎(chǔ)工作原理鋪平了道路。
全固態(tài)鋰電池已經(jīng)成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的新熱潮，因為傳統(tǒng)的鋰離子電池已經(jīng)不能滿足先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如電動汽車要求高能量密度、快速充電和長周期壽命。全固態(tài)電池用固體電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池中的液體電解質(zhì)，不僅符合這些標(biāo)準(zhǔn)，而且可以在短時間內(nèi)充滿電，因此相對來說更安全、更方便。
然而，固體電解質(zhì)也有其自身的挑戰(zhàn)。結(jié)果表明，正電極和固體電解質(zhì)之間的界面顯示有一個很大的電阻，其來源尚不清楚。此外，當(dāng)電極表面暴露在空氣中時，電阻會增加，電池的容量和性能隨之降低。盡管科學(xué)家們已嘗試了很多方法看來降低電阻，但始終無法將電阻降到10Ωcm2，即未暴露在空氣中時所報告的界面電阻值。
近期，來自日本的一個研究團(tuán)隊可能終于找到方法解決上述問題，其研究成果發(fā)表在了《美國化學(xué)學(xué)會應(yīng)用材料與界面》雜志（ACS Applied Materials & Interfaces）上。該團(tuán)隊能夠找出有效恢復(fù)低界面電阻的策略以及揭示了電阻降低的機(jī)制，為高性能全固態(tài)電池的制造提供了寶貴的見解。
首先，該團(tuán)隊準(zhǔn)備了由鋰負(fù)極、LiCoO2正極和Li3PO4固體電解質(zhì)組成的薄膜電池。在完成電池制作之前，研究小組將LiCoO2表面暴露在空氣、氮氣（N2）、氧氣（O2）、二氧化碳（CO2）、氫氣（H2）、水蒸氣（H2O）中30分鐘。
令他們驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)與未暴露的電池相比，暴露在N2、O2、CO2和H2環(huán)境下的電池性能并沒有下降。Hitosugi教授說，“只有水蒸氣會強(qiáng)烈地降解Li3PO4 - LiCoO2界面，并大幅增加其電阻，其值比未暴露的界面高出10倍以上。”
該團(tuán)隊接下來進(jìn)行了一種稱為“退火”的過程，在此過程中，樣品以電池的形式在150°C下進(jìn)行了一個小時的熱處理，即沉積了負(fù)極。令人驚訝的是，這將電阻降低到10.3 Ω cm2，與未暴露的電池相當(dāng)。
通過進(jìn)行數(shù)值模擬和尖端測量，該團(tuán)隊隨后揭示，還原可能歸因于退火過程中LiCoO2結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)子的自發(fā)去除。研究人員表示，“我們的研究表明，LiCoO2結(jié)構(gòu)中的質(zhì)子在恢復(fù)過程中發(fā)揮了重要作用。我們希望這些界面微觀過程的闡明將有助于擴(kuò)大全固態(tài)電池的應(yīng)用潛力。”
文章標(biāo)簽：
全固態(tài)電池
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