电池中使用的固态和液态电解质之间的相似性

圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院的新研究首次表明固态电解质类似于液体电解质，这对于基于可靠的机械知识设计更安全、更高效的固态电池来说是个好消息。

“我们的研究结果揭示了液体和固体电解质之间令人惊讶的相似性，这使我们能够从成功的液体电解质中借用一些想法来帮助我们设计固体电解质，”能源，环境和化学工程助理教授彭白说。

“在我们工作之前，固体电解质，至少是我们在这里研究的陶瓷电解质，被认为与液体电解质明显不同。

白说，电池为我们的生活提供了如此多的动力，因此寻找新的改进将产生巨大的社会影响。

一条有前途的途径是开发全固态电池。一个关键部件是电池中心的电解质，它允许离子在电极之间移动。

在这里，传统上使用的液体电解质被固体取代并耦合到金属电极。这增加了储存的能量，并导致潜在的更安全的电池。

然而，越来越多的关于固态电池的报告讲述了一个关键屏障的故事，即临界电流密度(CCD)，超过该屏障，称为树突的小树状结构生长，导致电池故障。这些报道的CCD相对较低，阻碍了快速充电并影响了固态电池的进一步发展。

“固态电解质的CCD是一个谜。我们正在努力揭示它为什么存在，它的真实物理学是什么以及它在不同的操作条件下如何变化，“该项目的首席研究员，12月<>日在ACS Energy Letters上发表的论文的通讯作者Bai说。

“我们的发现表明，CCD的大小与固体电解质的厚度有关，类似于众所周知具有厚度依赖性的液体电解质中的限制电流，”他说。

“如果你能让固体电解质足够薄，我们就可以摆脱这个CCD问题，从而避免枝晶生长和内部短路。

本研究涉及的实验创新包括采用标准颗粒，通过陶瓷粉末的受控烧结完全致密的小圆盘，并将其精确切割成多个小块。然后使用不同于常用的电分析技术对工件进行测试。

“这些来自同一母颗粒的儿童样本几乎相同，”白说。“测试数百个理想一致的微型样品使我们获得的结果更可靠，统计数据更有意义。

Bai实验室的博士生，该论文的第一作者Rajeev Gopal表示，这项研究可以成为一个真正的差异制造者。

“我们的工作可以揭示CCD树突起爆的神秘现象，”戈帕尔说。“我们在这里公布的统计趋势将有助于预测并最终缓解这种类型的增长，增加这些电解质在现实世界电池中的可行性。