據(jù)外媒報(bào)道，全固態(tài)電池是在正、負(fù)極之間使用固體電解質(zhì)的二次電池。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，其能量密度高且起火爆炸風(fēng)險(xiǎn)大幅降低，被視為下一代電池技術(shù)的代表。
portant; margin-bottom: 25px !important; font-size: 14px !important; line-height: 34px !important; text-align: center;">（圖片來源：onlinelibrary.wiley.com）
近年來，全固態(tài)電池領(lǐng)域的材料研究集中于充分提升材料結(jié)晶度，以實(shí)現(xiàn)與電解液相當(dāng)?shù)碾x子導(dǎo)電率（10 mS/cm及以上）。然而，這需要在材料混合或反應(yīng)后進(jìn)行長達(dá)數(shù)天的高溫結(jié)晶步驟（500℃以上）。因?yàn)闄C(jī)械變形能力降低，所以工藝成本提高，且易出現(xiàn)電池界面接觸問題。
韓國科學(xué)技術(shù)院（KIST）能源材料研究中心Hyoungchul Kim博士的研究團(tuán)隊(duì)宣布，在室溫和常壓下，已通過一鍋法工藝（one-pot process）成功合成了固體電解質(zhì)，并使其具有超導(dǎo)電性和高彈性變形能力。該項(xiàng)研究可以充分提高全固態(tài)電池材料的生產(chǎn)率，并通過改善彈性變形能力來解決固有的界面問題，因此備受關(guān)注。
該團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)關(guān)注銀輝石硫化物（argyrodite sulfides）的晶體學(xué)特征。在常溫常壓條件下，銀輝石硫化物可合成一種具有高度可變形性和離子導(dǎo)電的固體電解質(zhì)材料。理論上來說，通過最大化銀輝石晶體中4a和4c位點(diǎn)的鹵素取代率，可以充分提升離子導(dǎo)電率。但是，由于熱力學(xué)不穩(wěn)定性，這種材料從未被實(shí)際合成出來。此外，常見的銀輝石超導(dǎo)體需要經(jīng)過500°C以上的高溫?zé)崽幚怼?/p>
因此，鹵素取代率無法達(dá)到最大化，彈性模量隨著結(jié)晶度的增加而下降，從而導(dǎo)致電池性能快速退化。與之相反，在不進(jìn)行高溫?zé)崽幚淼那闆r下，可以實(shí)現(xiàn)與玻璃相似的低彈性模量。然而，離子電導(dǎo)率保持在3ms/cm左右，使其作為固態(tài)電解質(zhì)的適用性受限。
該團(tuán)隊(duì)提出一種新策略，可以實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（即完全鹵化的銀輝石），以充分利用結(jié)晶和玻璃狀特性。研究人員開發(fā)了一種成分控制方法，可以降低銀輝石的結(jié)晶溫度；以及新的兩步機(jī)械化學(xué)銑削工藝，適合較低的結(jié)晶溫度。這有利于合成完全鹵素取代（約90.67%）的銀輝石，電導(dǎo)率約為13.23ms/cm，而無需經(jīng)過長時(shí)間的高溫?zé)崽幚怼?/p>
該合成材料還具有約12.51 GPa的彈性模量，是超導(dǎo)電固體電解質(zhì)的最低報(bào)告值之一，有利于改善全固態(tài)電池的界面性能。此外，新的常溫常壓一鍋法工藝可以在不到15小時(shí)的時(shí)間內(nèi)完成，是具有良好導(dǎo)電性固體電解質(zhì)中生產(chǎn)率最高的。與傳統(tǒng)超導(dǎo)固體電解質(zhì)合成工藝材料相比，大約可以實(shí)現(xiàn)2-6倍的生產(chǎn)率。
研究負(fù)責(zé)人Kim博士表示：“研究人員通過新工藝，在常溫常壓下成功開發(fā)了一種新的固體電解質(zhì)材料，并使其具有高變形性和離子電導(dǎo)率。這種新材料將促進(jìn)全固態(tài)電池商業(yè)化，以用于電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)。因?yàn)椴恍枰邷責(zé)崽幚?，可以充分提高材料生產(chǎn)率，同時(shí)提供高變形性和良好的導(dǎo)電性，適合解決全固態(tài)電池的電極界面問題?！?/p>