日新材料提升電池性能

日本東京工業大學等機構參與團隊日前發佈消息稱，團隊研發出一種高導電性的固態電解質“鋰超離子導體”，並成功用這種新型電解質使全固態鋰電池特性有了顯著提升，這有助研發純電動汽車等領域使用的下一代蓄電設備。

東京工業大學研究團隊表示，全固態鋰電池可以克服目前商業化鋰離子電池在安全性上的嚴重缺陷，同時進一步提升能量密度，對新能源車和儲能產業是一項顛覆性技術。但是，由於全固態鋰電池的核心材料——固態電解質難以兼顧性能和成本，產業化仍面臨巨大阻礙。全固態鋰電池的固態電解質至少需要同時具備三個條件：高離子電導率、良好的可變形性以及足夠低廉的成本。但是，目前被廣泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固態電解質都無法同時滿足這些條件。目前在最新研究中，研究人員力爭同時達成多項提升鋰電池性能的目標，其中關鍵是開發出高導電性的固態電解質材料。團隊以此前報告的固態導體鋰鍺磷硫化物為基礎，嘗試最大限度發揮其離子導電性能。他們對鋰鍺磷硫化物進行了“高熵化”設計改進，開發出在室溫下離子電導率達三十二毫西門子／厘米的新材料。在零下五十攝氏度至零上五十五攝氏度的溫度範圍內，新材料離子電導率為原鋰鍺磷硫化物導體的二點三至三點八倍。

研究人員指出，以這種新材料作為固態電解質，研究團隊製成了膜厚度達一毫米的鈷酸鋰正極，這種電極單位面積的容量可提升至迄今全固態電池最大值的一點八倍。團隊通過對新材料的晶體結構分析發現，這種新材料呈現複雜且非常不規則的元素分佈。進一步研究這種元素分佈對離子電導率的影響，結果顯示，新材料中鋰離子移動時的能量勢壘僅為原導體的一半，這是新材料離子電導率顯著升高的原因。

以上研究成果將為純電動汽車、智能電網等領域使用的下一代蓄電設備的研發帶來新方向。作為核心零部件之一，電池堪稱新能源汽車的“心臟”，其重要性遠勝於發動機之於傳統燃油車。目前，儘管鋰離子電池由於其較高的能量密度在電動汽車電池市場佔據主導地位，但市場對替代技術的興趣越來越大。其中一項技術是固態電池，汽車製造商正在積極探索。固態電池與鋰離子電池不同，因為它們使用固體電解質，與鋰離子電池中使用的易燃液體電解質相比，固體電解質被認為對先進的電動汽車更安全，且不少業內人士估計，這將迅速成為最有前途的存儲技術之一，提供更高的能源效率、更快的充電時間和更長的行駛里程。

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