據(jù)外媒報(bào)道，斯坦福大學(xué)（Stanford）的研究人員為固體電解質(zhì)開(kāi)發(fā)了一種超薄銀涂層，可提高其抗裂性，有望在鋰金屬電池的安全性和使用壽命方面取得突破。

圖片來(lái)源：斯坦福大學(xué)

理論上，在電池正負(fù)極之間使用固態(tài)而非液態(tài)的電解質(zhì)，可以制造出比目前市面上的鋰離子電池更安全、能量密度更高、充電速度更快的可充電鋰金屬電池。幾十年來(lái)，科學(xué)家和工程師們一直在探索多種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)鋰金屬電池的巨大潛力。目前研究的固態(tài)晶體電解質(zhì)存在一個(gè)主要問(wèn)題：在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生微小裂紋，這些裂紋會(huì)不斷擴(kuò)大，最終導(dǎo)致電池失效。

斯坦福大學(xué)的研究人員在三年前發(fā)表的研究成果基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在固體電解質(zhì)表面退火一層極薄的銀涂層似乎能有效解決這個(gè)問(wèn)題。三年前，他們揭示了這些微小缺陷的形成和擴(kuò)展機(jī)制。三年后的今天，發(fā)表在《自然·材料（Nature Materials）》期刊上的報(bào)道指出，這種涂層能使電解質(zhì)表面的抗機(jī)械壓力能力提高五倍。此外，它還能顯著降低鋰離子滲入已有缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在快速充電過(guò)程中，鋰離子滲入會(huì)導(dǎo)致納米裂紋擴(kuò)展成納米裂縫，最終使電池失效。

機(jī)械工程副教授Wendy Gu表示：“我們和其他研究人員正在努力改進(jìn)的這種固體電解質(zhì)是一種陶瓷，它可以讓鋰離子輕松地來(lái)回穿梭，但它很脆。從極其微小的尺度來(lái)看，它就像那些表面有細(xì)小裂紋的陶瓷盤(pán)子或碗一樣。真正的固態(tài)電池是由多層堆疊的陰極-電解質(zhì)-陽(yáng)極薄片構(gòu)成的。要制造出沒(méi)有一丁點(diǎn)瑕疵的此類(lèi)電池幾乎是不可能的，而且成本會(huì)非常高昂。我們認(rèn)為，保護(hù)層可能更現(xiàn)實(shí)，而少量的銀似乎就能起到很好的效果?！?/p>

此前其他科學(xué)家曾研究過(guò)在與本研究相同的固體電解質(zhì)材料（因其由鋰、鑭、鋯原子和氧原子混合而成被稱(chēng)為“LLZO”）上使用金屬銀涂層。雖然之前的研究使用金屬銀來(lái)提高電池性能，但這項(xiàng)新研究使用的是溶解態(tài)的銀，即失去一個(gè)電子的銀（Ag+）。與金屬固態(tài)銀不同，這種溶解的帶電銀直接起到了增強(qiáng)陶瓷抗裂性的作用。

研究人員在LLZO表面沉積了一層3納米厚的銀層，然后將樣品加熱至300攝氏度（572華氏度）。加熱過(guò)程中，銀原子擴(kuò)散到電解質(zhì)表面，與體積小得多的鋰原子交換位置，擴(kuò)散深度達(dá)20至50納米。銀以帶正電的離子形式存在，而非金屬銀，科學(xué)家認(rèn)為這是防止裂紋形成的關(guān)鍵。在存在缺陷的地方，部分帶正電的銀離子能阻止鋰離子侵入并在電解質(zhì)內(nèi)部形成破壞性的分支。

這種方法表明，超薄表面涂層可以降低電解質(zhì)的脆性，使其在快速充電和壓力等極端電化學(xué)和機(jī)械條件下更加穩(wěn)定。研究人員利用掃描電子顯微鏡內(nèi)的專(zhuān)用探針，測(cè)量了使表面斷裂所需的力。與未經(jīng)處理的材料相比，經(jīng)銀處理的固體電解質(zhì)所需的斷裂壓力幾乎高出五倍。

到目前為止，這些實(shí)驗(yàn)都是在小型測(cè)試樣品而非完整電池上進(jìn)行的。研究人員現(xiàn)在正將這種銀基表面處理技術(shù)應(yīng)用于完整的鋰金屬電池，以觀察該涂層在實(shí)際使用條件下的性能，例如反復(fù)快速充電和長(zhǎng)期使用。