固態(tài)鈉離子電池比傳統(tǒng)鋰離子電池安全得多，后者有起火和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，但它們的性能太弱，無法抵消安全優(yōu)勢(shì)。研究人員他們正在研制一種有機(jī)陰極，這種陰極可以顯著提高穩(wěn)定性和能量密度。據(jù)《Joule》報(bào)道，這種性能的提高與兩個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)有關(guān)：電解液與陰極之間通常在循環(huán)過程中形成的電阻界面可以逆轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)循環(huán)壽命；有機(jī)陰極的靈活性允許它在與固體電解質(zhì)界面上保持親密接觸，即使在循環(huán)過程中陰極膨脹和收縮。

通訊作者、休斯頓大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程副教授姚燕(音譯)說：與以前的無機(jī)陰極相比，比利牛斯山的有機(jī)陰極PTO具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但他表示，基本定律同樣重要。研究首次發(fā)現(xiàn)，陰極和電解質(zhì)之間形成的電阻界面是可以逆轉(zhuǎn)的。這有助于穩(wěn)定性和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。姚燕也是德克薩斯大學(xué)超導(dǎo)中心的首席研究員，其研究小組專注于綠色和可持續(xù)有機(jī)材料的能源生產(chǎn)和存儲(chǔ)。密歇根大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系的研究助理教授梁艷亮(音譯)說：

接口的可逆性是關(guān)鍵，它能讓固態(tài)電池在不犧牲循環(huán)壽命的前提下達(dá)到更高的能量密度。正常情況下，固態(tài)電池儲(chǔ)存能量的能力會(huì)因?yàn)殡娮桕帢O而停止。

電解液界面形式，逆轉(zhuǎn)這種阻力可以使能量密度在騎車過程中保持較高。鋰離子電池及其液體電解質(zhì)能夠儲(chǔ)存相對(duì)較高的能量，通常被用于現(xiàn)代生活的工具，從手機(jī)到助聽器。但是，火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)提高了人們對(duì)其他類型電池的興趣，固態(tài)鈉離子電池有望以更低的成本提高安全性。姚燕所在團(tuán)隊(duì)的博士后研究員遲曉偉(音譯)表示：

關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是找到一種與鋰離子電池中使用液體電解質(zhì)一樣導(dǎo)電的固體電解質(zhì)。既然有了足夠?qū)щ姷墓腆w電解質(zhì)，剩下的挑戰(zhàn)就是固體界面。固體電解質(zhì)提出的一個(gè)問題是：電解質(zhì)很難與傳統(tǒng)剛性陰極保持親密接觸，因?yàn)楹笳咴陔姵匮h(huán)過程中會(huì)膨脹和收縮。姚燕所在團(tuán)隊(duì)的博士生方浩(音譯)表示：有機(jī)陰極更柔韌，因此能夠保持與界面的接觸，改善騎行壽命。研究人員說，這種接觸至少在200次循環(huán)中保持穩(wěn)定。如果電極和電解質(zhì)之間有可靠的接觸，就很有可能制造出高性能的固態(tài)電池。

博科園｜研究/來自: 休斯頓大學(xué)

參考期刊Joule》

DOI: 10.1016/j.joule.2019.03.017

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