加热可去电阻？日本科学家突破关键瓶颈 全固态电池离应用更近一步
时间:2022-01-10 11:13来源:财联社 作者:黄君芝
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随着东京工业大学、钢铁技术协会（AIST）和山形大学的研究人员推出了一种恢复其低电阻的策略，全固态电池现在离成为下一代主力电池又近了一步。他们还探索了潜在的还原机制，为更好理解全固态锂电池的基础工作原理铺平了道路。
全固态锂电池已经成为材料科学与工程领域的新热潮，因为传统的锂离子电池已经不能满足先进技术标准，如电动汽车要求高能量密度、快速充电和长周期寿命。全固态电池用固体电解质代替传统电池中的液体电解质，不仅符合这些标准，而且可以在短时间内充满电，因此相对来说更安全、更方便。
然而，固体电解质也有其自身的挑战。结果表明，正电极和固体电解质之间的界面显示有一个很大的电阻，其来源尚不清楚。此外，当电极表面暴露在空气中时，电阻会增加，电池的容量和性能随之降低。尽管科学家们已尝试了很多方法看来降低电阻，但始终无法将电阻降到10Ωcm2，即未暴露在空气中时所报告的界面电阻值。
近期，来自日本的一个研究团队可能终于找到方法解决上述问题，其研究成果发表在了《美国化学学会应用材料与界面》杂志（ACS Applied Materials & Interfaces）上。该团队能够找出有效恢复低界面电阻的策略以及揭示了电阻降低的机制，为高性能全固态电池的制造提供了宝贵的见解。
首先，该团队准备了由锂负极、LiCoO2正极和Li3PO4固体电解质组成的薄膜电池。在完成电池制作之前，研究小组将LiCoO2表面暴露在空气、氮气（N2）、氧气（O2）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2）、水蒸气（H2O）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N2、O2、CO2和H2环境下的电池性能并没有下降。Hitosugi教授说，“只有水蒸气会强烈地降解Li3PO4 - LiCoO2界面，并大幅增加其电阻，其值比未暴露的界面高出10倍以上。”
该团队接下来进行了一种称为“退火”的过程，在此过程中，样品以电池的形式在150°C下进行了一个小时的热处理，即沉积了负极。令人惊讶的是，这将电阻降低到10.3 Ω cm2，与未暴露的电池相当。
通过进行数值模拟和尖端测量，该团队随后揭示，还原可能归因于退火过程中LiCoO2结构内部质子的自发去除。研究人员表示，“我们的研究表明，LiCoO2结构中的质子在恢复过程中发挥了重要作用。我们希望这些界面微观过程的阐明将有助于扩大全固态电池的应用潜力。”
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