一項使鋰離子電池更安全、更強大的新興技術(shù)涉及使用固體而非液體電解質(zhì)，這些材料使離子能夠在設備中移動并產(chǎn)生電能。據(jù)外媒報道，德克薩斯大學達拉斯分校（University of Texas at Dallas，UTD）的研究人員及其同事發(fā)現(xiàn)，在兩種固體電解質(zhì)之間混合小顆粒可以產(chǎn)生一種稱為“空間電荷層（space charge layer）”的效應，即電荷在兩種材料界面處積累。

圖片來源： 期刊《ACS Energy Letters》

這一發(fā)現(xiàn)可能有助于開發(fā)采用固體電解質(zhì)的電池，即固態(tài)電池，用于移動設備和電動汽車等應用。研究人員的研究成果發(fā)表在期刊《美國化學學會能源快報（ACS Energy Letters）》上。

埃里克·瓊森工程與計算機科學學院（Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science）材料科學與工程助理教授、該研究的共同通訊作者Laisuo Su博士表示，當不同的固體電解質(zhì)材料發(fā)生物理接觸時，由于每種材料的化學勢不同，它們的邊界上會形成一層帶電粒子（或稱離子）聚集的薄層。Su博士表示，這層薄層有助于創(chuàng)建通道，使離子更容易穿過界面。

“想象一下，在配方中混合兩種成分，意外地獲得了比單獨使用任何一種成分都更好的效果，”Su教授說道。“這種效應增強了離子的運動，使其超越了任何一種材料單獨使用所能達到的水平。這項發(fā)現(xiàn)提出了一種設計更佳固體電解質(zhì)的新方法，即精心選擇能夠以增強離子運動的方式相互作用的材料，從而有可能制造出性能更佳的固態(tài)電池。”

這項研究是UTD“推進電池和能源商業(yè)化和國家安全”（BEACONS）計劃的一個項目，該計劃于2023年啟動，旨在開發(fā)和商業(yè)化新型電池技術(shù)和制造工藝，提高關(guān)鍵原材料的國內(nèi)供應，并為工業(yè)界培訓高素質(zhì)人才。

“固態(tài)電池技術(shù)是我們BEACONS中心下一代電池化學研究的一部分，預計它將使先進的電池系統(tǒng)能夠提升國防應用無人機的性能，”材料科學與工程教授、BEACONS中心主任兼該研究的共同通訊作者Kyeongjae Cho博士說道。

目前消費產(chǎn)品中使用的大多數(shù)鋰離子電池都含有易燃的液體電解質(zhì)，可能存在安全問題。盡管傳統(tǒng)鋰離子電池的儲能能力已達到理論極限，但Su表示，固態(tài)電池有望產(chǎn)生和儲存比液體電解質(zhì)電池高出兩倍以上的電量，而且由于不易燃，因此更安全。

然而，固態(tài)電池的開發(fā)面臨挑戰(zhàn)，因為離子在固體材料中移動更加困難。研究人員研究了固態(tài)電解質(zhì)化合物氯化鋯鋰和氯化釔鋰的性能，并提出了一個理論來解釋混合這些材料為何能提高離子活性。

“界面形成了獨特的離子傳輸通道，”Su教授說道。Su教授和其他研究人員計劃繼續(xù)研究界面的組成和結(jié)構(gòu)如何提高離子電導率。