为更好的性能设计的固态电池
伊利诺伊大学的研究人员已经了解到如何控制固体材料的原子排列可以改善固体电池的阴极-固体电解质界面和稳定性，从而提高其性能和质量。
固态电池将大量的能量储存在一个小空间里，但它们的电极不善于与电解质保持联系。液体电解质到达电极的每一个角落和缝隙，以激发能量，但液体占用空间而不存储能量，并随着时间的推移而失效。研究人员现在正在将固体电解质与由战略性排列的材料制成的电极进行接触——在原子水平上——这一结果有助于推动更好的固体电池技术。
一个这项研究是由伊利诺伊大学香槟分校领导的材料科学与工程Paul Braun教授、博士后研究助理Beniamin Zahiri和Xerion先进电池公司研发总监John Cook演示了如何控制固体材料的原子排列来改善固态电池的阴极-固体电解质界面和稳定性。
扎赫里说:“对于电池来说，重要的不仅仅是材料，还有材料表面原子的排列方式。”“目前，固态电池电极含有表面原子排列多样的材料。这导致了似乎无限数量的电极-固体电解质接触界面的可能性，所有的化学反应水平都不同。我们感兴趣的是发现哪种排列方式能切实改善电池循环寿命、能量密度和功率。”
研究人员表示，电解质的稳定性控制着电池在开始断电前可以进行多少次充电和放电循环。正因为如此，科学家们正在竞相寻找最稳定的电解质材料。
扎希里说:“在急于寻找稳定的固体电解质材料的过程中，开发人员似乎忽视了电解质和电极之间非常薄的界面所发生的事情的重要性。”“但如果不能有效地评估电解质与电极之间的连接，那么电解质的稳定性就无关紧要了。”
在实验室里，研究小组制作了含有特定原子排列的钠离子和锂离子的电极。他们在锂基和钠基固态电池中发现了电池性能与界面原子排列的相关性。他们还发现，最小化界面表面积和控制电极的原子排列是理解界面不稳定性的本质和提高电池性能的关键。
材料科学和工程研究人员Beniamin Zahiri(左)和Paul Braun领导了一个团队，他们开发了新的电池电极，这些电极由战略性排列的材料制成，努力推动更好的固态电池技术。来自伊利诺伊大学香槟分校的Fred Zwicky
库克说:“这是如何评估当今所有重要固体电解质的新范例。”“在此之前，我们基本上只是猜测什么样的电极-固体电解质界面结构具有最好的性能，但现在我们可以对此进行测试，并找到材料和原子方向的最佳组合。”
研究人员说，这种水平的控制给了研究人员运行原子模拟所需的信息，他们假设，这将导致更好的电解质材料在未来。
“我们认为这将教会我们很多关于如何研究新兴的固体电子的东西，”布劳恩说。“我们并不是要发明新的固体电解质;物质世界已经在这方面做得很好了。我们的方法将允许其他人精确测量他们的新材料的界面特性，这是其他方法很难确定的。”
- Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE Media and Technology，cvavra@cfemedia.com．
