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攻克难关!研究发现:全固态电池经过150°C加热后,电阻不升反降

前瞻网 2022-01-09 16:51

 

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全固态锂电池已经成为材料科学和工程领域的新热潮,因为传统的锂离子电池已经不能满足先进技术的标准,比如电动汽车——电动汽车需要满足高能量密度、快速充电和长循环寿命等条件。全固态电池使用固体电解质而不是传统电池中的液体电解质,不仅符合以上标准,而且相对来说更安全、更方便。

然而,固体电解质也有难以攻克的问题。事实证明,正极和固体电解质之间会出现一个较大的电阻,其根源还不太清楚。此外,当电极表面暴露在空气中时,电阻增加,电池的容量和性能下降。虽然人们已经做了一些尝试来降低电阻,但没有人能够将其降低到10Ω cm2——该值为不暴露在空气中时的电阻值。

现在,在《ACS应用材料与界面》期刊最近发表的一项研究中,由日本东京工业大学的Taro Hitosugi教授和东京工业大学的博士生Shigeru Kobayashi领导的一个研究小组最终解决了这个问题。

首先,该团队准备了由锂负极、钴酸锂正极和3PO4固体电解质组成的薄膜电池。在完成电池制造之前,该团队将钴酸锂表面暴露在空气、氮气、氧气、二氧化碳、氢气和水蒸汽中30分钟。

令他们惊讶的是,他们发现与未暴露的电池相比,暴露在大部分气体中的电池并没有降低电池的性能。只有水蒸气使电池电阻值急剧增加,比未暴露的电阻值高10倍以上。

该团队接下来进行了一个被称为“退火”(Annealing)的过程,在这个过程中,样品电池在150°C下进行了一个小时的热处理。令人惊讶的是,该过程将电阻降至10.3Ω cm2,与未暴露的电池电阻相当。

通过进行数值模拟和测量,该团队随后发现,这种降低可归因于退火过程中质子从二氧化锂结构中的自发移除。

科学家表示:“我们的研究表明,钴酸锂结构中的质子在电阻降低过程中发挥着重要作用。我们希望这些微观过程的阐明将有助于拓宽全固态电池的应用潜力。”

该研究论文题为'Drastic reduction of the solid electrolyte–electrode interface resistance via annealing in battery form',已发表在《ACS应用材料与界面》期刊上。

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责任编辑: 3976DBC

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