採用新型電沉積方法的全固態電池技術取得突破，提高了效率和壽命。由浦項科技大學（POSTECH）化學系教授Soojin Park、先進材料科學部博士生Sangyeop Lee、化學系博士Sungjin Cho 和碩士生Hyunbeen Choi 以及浦項製鐵公司N.EX.T Hub 的Jin Hong Kim 博士和Hongyeul Bae 博士組成的研究小組最近成功提高了全固態電池的性能和耐用性。他們的研究成果發表在國際期刊《Small》。

透過底部電沉積機制穩定鋰金屬陽極全固態電池的示意圖。資料來源：POSTECH

應對電池安全挑戰

在電動車和儲能係統等各種應用中，二次電池通常依賴液態電解質。然而，液態電解質的易燃性帶來了火災風險。這促使人們不斷努力探索在全固態電池中使用固態電解質和金屬鋰（Li），從而提供更安全的選擇。

在全固態電池的運作過程中，鋰被鍍在陽極上，利用電子的運動產生電力。在充電和放電過程中，鋰金屬會經歷失去電子、轉化為離子、重新獲得電子和電沉積回金屬形態的循環過程。然而，鋰的任意電沉積會迅速耗盡可用的鋰，導致電池的性能和耐用性大幅降低。

陽極保護的創新

為解決此問題，研究團隊與浦項製鐵N.EX.T Hub 合作開發了一種由功能性黏合劑（PVA-g-PAA）[2]組成的全固態電池陽極保護層。該層具有優異的鋰轉移特性，可防止隨機電沉積並促進”底部電沉積”過程。這可確保鋰從陽極表面底部均勻沉積。

研究團隊利用掃描電子顯微鏡（SEM）進行了分析，證實了鋰離子的穩定電沉積和分離[3]。這大大減少了不必要的鋰消耗。研究團隊開發的全固態電池也證明，即使鋰金屬薄至10 微米（μm）或更薄，也能長時間維持穩定的電化學性能。

領導這項研究的Soojin Park 教授表達了他的承諾，他說：”我們透過一種新穎的電沉積策略設計出了一種持久的全固態電池系統。透過進一步研究，我們的目標是提供更有效的方法來提高電池壽命和能量密度。在合作研究成果的基礎上，浦項製鐵控股公司計劃推進鋰金屬陽極的商業化，這是下一代二次電池的核心材料。”

說明

1. 電沉積透過電解液中的電流將金屬沉積到浸沒在電解液中的電極上的方法
2. PVA-g-PAA聚（乙烯醇）-接枝-聚（丙烯酸）
3. 脫離脫離或分離，金屬鋰失去電子並轉化為鋰離子的現象

編譯自: ScitechDaily