美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）科學家們，剛剛在《ACS 能源快報》上介紹了可用電化學脈衝來克服下一代鋰金屬電池弱點的有效途徑。 New Atlas 指出，下一代儲能裝置的研發方向，主要涉及使用高密度鋰金屬和固態材料，而非液態的電解質。 而 ORNL 的新研究，就很好了結合了這兩方面，

科學家發現一種改善固態電池關鍵層接觸的新方法（來自：ORNL）

此前，美國科學家已經展示了如何在電化學脈衝的説明下，化解與這些架構相關的穩定性問題，從而為提升電動汽車 / 智慧機續航而鋪平了道路。

該研究的其中一部分，側重於電池的陽極結構。 目前常見的陽極材料，多由石墨和銅的混合物製成。 不過鑒於極高的能量密度，許多研究正著力於使用純鋰金屬作為替代陽極。

研究配圖 – 1：電壓脈衝對穩定鋰離子的影響示意

迄今為止，想要將鋰金屬整合到電池中的做法，已被證明是相當困難的。 期間科學家們遇到了各種安全問題，且一時難以化解。

一種觀點認為，使用固體電解質來代替液體電解質的話，可能更適合搭配鋰金屬陽極一起使用。

研究配圖 – 2：經歷多個電壓脈衝前後的鋰電池

ORNL 的科學家們，顯然也想到了這一研發路徑，並且提出了能夠以一種穩定、持久的方式，將兩者結合到一起、而不在性能上有所妥協的新方法。

據悉，固態電池的一個弱電，就是持續的充放電迴圈會形成空隙、進而導致接頭不穩 —— 也就是所謂的接觸阻抗（Contact Impedance）。

研究配圖 – 3：介面電流密度 / 溫度示意

為了消除接觸阻抗，其中一種方法是施加壓力。 但這種技術需要在電池服役時段內定期使用，且同樣可能導致短路。

好消息是，ORNL 科學家們發現，在結合了鋰金屬陽極和固體電解質后，他們就能夠通過施加較短的高壓電化學脈衝，來有效地消除這些空隙。

研究配圖 – 4：施加電壓脈衝前後的鋰電池

電壓脈衝可以讓電流包圍並消除空隙，從而在材料介面處形成更廣泛的接觸。 更棒的是，這套方案對於電池本身也沒有不利影響。

通過巧妙運用該方法，我們甚至能夠讓電池恢復至初始容量。 當然，這還得看未來幾年的固態鋰金屬電池研究能夠發展到哪個階段。

研究配圖 – 5：全電池在室溫條件下接受電壓脈衝迴圈后的 EIS 光譜

ORNL 研究團隊指出，這套系統能夠在更小的封裝中，帶來兩倍於當今解決方案的能量密度。 這意味著電動汽車可在每次充電後行駛得更遠，智慧機也可一次續航數天。

項目聯合負責人 Ilias Belharouak 表示：”該方法有助實現全固態電池架構，而不會施加可能損壞電池的外力。 開發期間，電池能夠正常製造，然後在其疲勞時施加電壓脈衝來刷新啟動”

研究配圖 – 6：穩定固態電池（SSB）的界面對開發高能量密度電池至關重要

最後，ORNL 科學家們將持續開發這項技術，通過試驗找到更先進的電解質材料、並研究如何將其規模擴展到可投入實際實際使用。

感興趣的朋友，可移步至《ACS Energy Letters》查看全文，原標題為《Improving Contact Impedance via Electrochemical Pulses Applied to Lithium–Solid Electrolyte Interface in Solid-State Batteries》。