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全固態(tài)金屬鋰電池界面接觸研究迎來重要進(jìn)展。中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心黃學(xué)杰研究員團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合華中科技大學(xué)張恒教授團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所姚霞銀研究員團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出一種陰離子調(diào)控技術(shù)，能夠在電極和電解質(zhì)之間形成一層全新的界面。這層界面可以吸引鋰離子主動(dòng)流動(dòng)，像“流沙”一樣自動(dòng)填充微小的縫隙或孔洞，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的緊密貼合，一舉突破了全固態(tài)電池走向?qū)嵱玫淖畲笃款i。從此，界面接觸不再依賴外部加壓。相關(guān)研究成果7日發(fā)表于《自然·可持續(xù)發(fā)展》雜志以及《先進(jìn)材料》雜志。

全固態(tài)金屬鋰電池被譽(yù)為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的“圣杯”，備受矚目。但它一直面臨一個(gè)棘手難題：固態(tài)電解質(zhì)和金屬鋰電極之間必須保持緊密接觸，傳統(tǒng)做法要靠笨重的外部設(shè)備持續(xù)施壓，導(dǎo)致電池又大又重，難以投入實(shí)際應(yīng)用。

在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，全固態(tài)金屬鋰電池中，鋰電極和電解質(zhì)之間的接觸并不理想，存在大量微小的孔隙和裂縫。這些問題不僅會(huì)縮短電池壽命，還可能帶來安全隱患。

為了解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新技術(shù)：他們?cè)诹蚧镫娊赓|(zhì)中引入了碘離子。在電池工作時(shí)，這些碘離子會(huì)在電場作用下移動(dòng)至電極界面，形成一層富碘界面。這層界面能夠主動(dòng)吸引鋰離子，像“自我修復(fù)”一樣自動(dòng)填充進(jìn)所有的縫隙和孔洞，從而讓電極和電解質(zhì)始終保持緊密貼合。

更重要的是，基于該技術(shù)制備出的原型電池，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下循環(huán)充放電數(shù)百次后，性能依然穩(wěn)定優(yōu)異，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有同類電池的水平。

研究人員表示，這種新設(shè)計(jì)的優(yōu)勢非常明顯：它不僅制造更簡單、用料更省，還能讓電池更耐用。他們特別強(qiáng)調(diào)，采用這項(xiàng)技術(shù)未來可以做出能量密度超過 500瓦時(shí)/千克 的電池，這樣一來，電子設(shè)備的續(xù)航時(shí)間有望提升兩倍以上。

美國馬里蘭大學(xué)固態(tài)電池專家王春生教授在評(píng)價(jià)發(fā)表于《自然·可持續(xù)發(fā)展》的這項(xiàng)成果時(shí)表示，“該研究從本質(zhì)上解決了制約全固態(tài)電池商業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸問題，為實(shí)現(xiàn)其實(shí)用化邁出了決定性一步。”“傳統(tǒng)技術(shù)需要施加超過5 MPa（相當(dāng)于50個(gè)大氣壓）的外力來維持界面穩(wěn)定，這種嚴(yán)苛條件嚴(yán)重阻礙了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。而這項(xiàng)中國團(tuán)隊(duì)開發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)，從根本上改變了這一困境?！?/p>

據(jù)悉，這項(xiàng)突破將加速高能量密度全固態(tài)金屬鋰電池的發(fā)展，未來有望在人形機(jī)器人、電動(dòng)航空、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域大顯身手，帶來更安全、更高效的能源解決方案。

（物理所供圖）