ORNL科学家找到用电化学脉冲改善锂固态电池接触阻抗的新方法

美国橡树岭国家实验室（ORNL）科学家们，刚刚在《ACS 能源快报》上介绍了可用电化学脉冲来克服下一代锂金属电池弱点的有效途径。New Atlas 指出，下一代储能装置的研发方向，主要涉及使用高密度锂金属和固态材料，而非液态的电解质。而 ORNL 的新研究，就很好了结合了这两方面，

科学家发现一种改善固态电池关键层接触的新方法（来自：ORNL）

此前，美国科学家已经展示了如何在电化学脉冲的帮助下，化解与这些架构相关的稳定性问题，从而为提升电动汽车 / 智能机续航而铺平了道路。

该研究的其中一部分，侧重于电池的阳极结构。目前常见的阳极材料，多由石墨和铜的混合物制成。不过鉴于极高的能量密度，许多研究正着力于使用纯锂金属作为替代阳极。

研究配图 – 1：电压脉冲对稳定锂离子的影响示意

迄今为止，想要将锂金属整合到电池中的做法，已被证明是相当困难的。期间科学家们遇到了各种安全问题，且一时难以化解。

一种观点认为，使用固体电解质来代替液体电解质的话，可能更适合搭配锂金属阳极一起使用。

研究配图 – 2：经历多个电压脉冲前后的锂电池

ORNL 的科学家们，显然也想到了这一研发路径，并且提出了能够以一种稳定、持久的方式，将两者结合到一起、而不在性能上有所妥协的新方法。

据悉，固态电池的一个弱电，就是持续的充放电循环会形成空隙、进而导致接头不稳 —— 也就是所谓的接触阻抗（Contact Impedance）。

研究配图 – 3：接口电流密度 / 温度示意

为了消除接触阻抗，其中一种方法是施加压力。但这种技术需要在电池服役时段内定期使用，且同样可能导致短路。

好消息是，ORNL 科学家们发现，在结合了锂金属阳极和固体电解质后，他们就能够通过施加较短的高压电化学脉冲，来有效地消除这些空隙。

研究配图 – 4：施加电压脉冲前后的锂电池

电压脉冲可以让电流包围并消除空隙，从而在材料接口处形成更广泛的接触。更棒的是，这套方案对于电池本身也没有不利影响。

通过巧妙运用该方法，我们甚至能够让电池恢复至初始容量。当然，这还得看未来几年的固态锂金属电池研究能够发展到哪个阶段。

研究配图 – 5：全电池在室温条件下接受电压脉冲循环后的 EIS 光谱

ORNL 研究团队指出，这套系统能够在更小的封装中，带来两倍于当今解决方案的能量密度。这意味着电动汽车可在每次充电后行驶得更远，智能机也可一次续航数天。

项目联合负责人 Ilias Belharouak 表示：“该方法有助实现全固态电池架构，而不会施加可能损坏电池的外力。开发期间，电池能够正常制造，然后在其疲劳时施加电压脉冲来刷新激活”。

研究配图 – 6：稳定固态电池（SSB）的界面对开发高能量密度电池至关重要

最后，ORNL 科学家们将持续开发这项技术，通过试验找到更先进的电解质材料、并研究如何将其规模扩展到可投入实际实际使用。

感兴趣的朋友，可移步至《ACS Energy Letters》查看全文，原标题为《Improving Contact Impedance via Electrochemical Pulses Applied to Lithium–Solid Electrolyte Interface in Solid-State Batteries》。