佐治亞理工學(xué)院的科學(xué)家們的一個(gè)發(fā)現(xiàn)有望幫助這些研究朝著正確的方向發(fā)展。這個(gè)團(tuán)隊(duì)構(gòu)造了一種固態(tài)電池，在兩層鋰之間夾住一層固體陶瓷層作為電解質(zhì)，然后他們使用X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描——一種類似于醫(yī)學(xué)中使用的CT掃描的技術(shù)——來(lái)觀察電池在充電和放電期間的行為和退化。

喬治·W·伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院和材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授Matthew McDowell說(shuō)：“弄清楚如何使這些固體片層長(zhǎng)時(shí)間貼在一起并表現(xiàn)良好，是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。我們正在研究如何設(shè)計(jì)這些固體片層之間的分界面，以使它們盡可能長(zhǎng)久使用。”

出現(xiàn)的裂縫

這項(xiàng)結(jié)果發(fā)表在期刊《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)能源快報(bào)》的“固態(tài)電池電解液的化學(xué)機(jī)械降解的直觀展示”一文中，說(shuō)明了電解質(zhì)層如何在幾天內(nèi)開始形成裂縫，從而增加對(duì)離子流的抗阻。

McDowell表示，以前人們認(rèn)為電池劣化的原因是鋰金屬和電解質(zhì)之間界面的化學(xué)反應(yīng)，而不是電池中出現(xiàn)裂縫。

“通過這種成像技術(shù)，我們知道在這種特殊材料中，問題并非出在化學(xué)反應(yīng)本身——這不會(huì)影響電池的性能，”他補(bǔ)充說(shuō)，“電池開裂并破壞了電池的表現(xiàn)，才是問題癥結(jié)所在。”

研究人員表示，他們的發(fā)現(xiàn)可能也適用于替代的固態(tài)電池化學(xué)，并可能有助于進(jìn)一步研究，為這種有前景的技術(shù)創(chuàng)造耐用概念。

“在普通的鋰離子電池中，我們使用的材料限定了我們可以存儲(chǔ)的能量，”McDowell說(shuō)，“純鋰可以存儲(chǔ)最多電能，但它不適用于液體電解質(zhì)。但假如你可以使用固體鋰和固體電解質(zhì)，這將是能量密度領(lǐng)域的圣杯。”