美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）研究人員已經研發了一種低成本電脈沖法來改善固態鋰電池各層之間材料的接觸。該研究解決了一個開發更高能量密度的電池的關鍵問題。
美國能源部（DOE）研究了一種穩定的制造過程，可以在更小的面積內為鋰離子電池提供至少兩倍的能量密度。
他們說，美國能源部(DoE)的研究人員在消除固態電池成功商業化的障礙方面邁出了重要一步，固態電池可用于電動汽車等高能量應用以及其他電子設備。
能源部橡樹嶺國家實驗室的科學家們已經研發了一種可擴展且低成本的方法，以改善這些存儲系統中的材料連接，眾所周知，這些存儲系統比當前的鋰離子設計具有安全性、效率和壽命優勢。
研究人員說，有一種稱為接觸阻抗的現象，是在重復充放電循環中使材料能夠正確連接且保持穩定，這對于大規模制造固態電池來說是一種挑戰。這些電池使用固態電解質材料，而不是目前大多數商用鋰離子電池使用的液體電解質。。
固態電池可以在更小的面積內提供至少兩倍的鋰離子電池能量密度，這是隨著更復雜應用的儲能需求增長，科學家們熱衷于為它們創造穩定可靠的制造工藝的一個關鍵原因。
脈沖代替壓力
他們說，直到現在，科學家們主要專注在高壓和其他方法將材料連接到固態電池中。然而，研究人員表示這種施壓的方法會造成電池元件的損壞，還需要使用高價的市場售后應用程序，需要重新應用以延長電池壽命。
橡樹嶺國家實驗室電氣化部門負責人兼工程共同領導人Ilias Belharouak解釋，這種新方法既不存在破壞性又是低成本的，通過發熱電流來代替壓力，提供了一種更安全的代替方案。
Ilias Belharouak在新聞發布會中說：“這種方法將實現全固態結構，而不會施加會損壞電池的外力，在電池使用期間不會改變。”
研究人員在先前的工作基礎上，通過電化學脈沖來修復固態電解質形成的損傷性枝晶。在這種情況下，他們使用電化學脈沖消除鋰金屬陽極材料和固態電解質材料連接時形成的空隙。他們使用的電池是使用陶瓷石榴石型電解質LALZO（Li6.25Al0.25La3Zr2O12）作為電解質。
Belharouak說，他們發現使用短且高壓的脈沖會增加材料界面接觸，但不會產生不利影響，鋰金屬包裹的空隙周圍的電流會導致空隙消散。
他在新聞稿中解釋：“我們研發的過程中，電池可以正常制造，如果電池負荷太多，可以通過脈沖來恢復連接接口。”
未來的試驗
研究人員在《ACS快報》雜志上發表了一篇關于他們研究的論文。
即使在脈沖成功應用之后，該團隊也對材料進行重復實驗和高級表征，以驗證其可行性。其試驗結果顯示，該方法不會降低電池組件性能，這就意味著可以移除固態設備內的材料并將其刷新至原始容量。
研究人員說，我們團隊計劃繼續這項工作，包括使用更先進的電解質材料進行實驗。
Belharouak補充說，橡樹嶺國家實驗室研究人員也正在努力升級方法，將該方法運用到產業規模的固態電池系統中，以證明該技術可以從實驗室過渡到現實世界。
他說：“有時候在實驗室研發的東西放入到電池結構中時，卻不能達到很好的效果。”團隊希望可以避免這一情況。
中國化學與物理電源行業協會 楊柳翻譯
2022.1.7
