儘管用固態電解質替代鋰電池中液體電解質的想法已經被許多人所接受，但在這項技術投入實際使用之前，仍有許多難點需要克服。好消息是，布朗大學的一支研究團隊，已經通過摻入陶瓷和石墨烯精細混合物的方法，生產出了迄今為止最堅韌的固體電解質。

LATP / rGO 納米複合材料的電化學性能（來自：Science Direct）

作為在電池充放電過程中，於陽極和陰極之間來回攜帶鋰離子的溶液，液態電解質在當今的鋰離子電池中扮演著重要的角色。

然而這些高揮發性的液體，也有在電池短路時引發火災的危險，因此在安全性上仍有較大的改進餘地。此外替代電解質還有助於提升電池的能量密度、甚至升級電池的其它組件。

近期一項研究指出，通常陽極由銅和石墨製成，但科學家相信固體電解質可搭配純鋰陽極一起工作，從而打破“能量密度瓶頸”。

遺憾的是這項工作並不簡單，目前問題主要體現在電池的其它部分可能破裂和被腐蝕。雖然陶瓷足夠耐用，但它的物理性質又太脆。

rGo有助防止電池中陶瓷材料的裂紋擴散（圖自：Brown University）

有鑑於此，布朗大學研究團隊考慮向其中添加少量石墨烯。但作為一種既堅固又輕巧的奇妙材料，它還具有很高的電導率，因此必須謹慎利用這些屬性。

研究作者Nitin Padture 稱：我們希望電解質來傳遞離子、而不是導電。石墨烯是一種良好的導電體，因此人們可能覺得我們是在導體中放入了導體。

但若我們能夠將濃度保持在足夠低的水平，就可以阻止石墨烯導電，同時仍然享受到其結構性質上的益處。

據悉，研究團隊將一定量的氧化石墨烯（rGo）細小薄片與陶瓷粉末混合，然後加熱混合物，以形成陶瓷-石墨烯複合材料。

演示配圖：性能改進

通過測試，團隊證明了僅陶瓷韌性就可提升兩倍，且石墨烯不會干擾這種電解質材料的其它電性能。

Athanasiou 表示：當材料中出現裂紋時，石墨烯薄片可在實際上將斷裂的表面維持在一起，因此需要更大的能量才會將之撕開。

作為迄今為止最堅固的人造固體電解質，我們希望通過進一步的研究，以將之投入日常使用的設備中。

有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《材料》（Materials）期刊上。

原標題為《High-Toughness Inorganic Solid Electrolytes via the Use of Reduced Graphene Oxide》。