IT之家 11 月 5 日消息，科技媒體 techxplore 昨日（11 月 4 日）發(fā)布博文，報(bào)道稱得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在全固態(tài)電池領(lǐng)域取得突破，開(kāi)發(fā)出一種新型氧化鋯改性石榴石電解質(zhì)，提升電池性能的同時(shí)，也成功降低了制造成本。
IT之家援引博文介紹，目前主流的鋰離子電池普遍采用有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)，這種類似楓糖漿（Maple-syrup）的物質(zhì)是電池內(nèi)部鋰離子穿梭的通道。
盡管技術(shù)成熟，但液態(tài)電解質(zhì)本質(zhì)上是碳?xì)浠衔?，是頻發(fā)電池起火事故中的“燃料”，導(dǎo)致了嚴(yán)重的熱失控風(fēng)險(xiǎn)。因此，開(kāi)發(fā)下一代更安全、能量密度更高的全固態(tài)電池已成為行業(yè)核心目標(biāo)。
相比之下，基于陶瓷的固態(tài)電解質(zhì)不含可燃物，能夠從根本上降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。然而，陶瓷電解質(zhì)自身也面臨著成本高昂、制造品控困難，以及金屬枝晶生長(zhǎng)導(dǎo)致內(nèi)部短路過(guò)早失效等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
其中，基于石榴石結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷因其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)能讓鋰離子快速移動(dòng)，被視為理想材料，但即便是它也未能完全克服枝晶難題。
由得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校領(lǐng)導(dǎo)，集結(jié)了四所大學(xué)與三家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)，為全固態(tài)電池技術(shù)開(kāi)發(fā)出一種新方法，解決了這一瓶頸。
氧化鋯增強(qiáng)型電解液（左圖）避免了基準(zhǔn)樣品（右圖）中出現(xiàn)的裂紋。圖片來(lái)源：David Mitlin
團(tuán)隊(duì)受珠寶匠打磨寶石的啟發(fā)，通過(guò)在石榴石晶粒中均勻分散微米級(jí)的氧化鋯顆粒，成功抑制了電解質(zhì)內(nèi)部的裂紋和枝晶形成。同時(shí)，該方法利用碳化物添加劑在制造過(guò)程中放熱分解的特性，降低了外部加工溫度，從而進(jìn)一步削減了生產(chǎn)成本。
論文共同第一作者、博士后研究員 Yixian Wang 表示，氧化鋯在此處發(fā)揮了雙重作用：它既幫助材料致密化，又防止了煩人的鋰枝晶形成，實(shí)現(xiàn)了性能與安全的雙贏。
更重要的是，這項(xiàng)技術(shù)還帶來(lái)了額外的經(jīng)濟(jì)效益。研究中使用的碳化物添加劑在制造過(guò)程中會(huì)放熱分解，為合成反應(yīng)提供額外熱量，從而降低了外部加工所需的溫度，有效削減了生產(chǎn)成本。
測(cè)試結(jié)果顯示，與未經(jīng)改性的材料相比，這種新型氧化鋯改性石榴石的臨界電流密度（材料短路前能承受的最大電流）提升了近一倍，意味著電池可以在不犧牲安全性的前提下，以更高功率運(yùn)行。
IT之家注：臨界電流密度是衡量電池性能和安全性的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，指電池在不發(fā)生短路或損壞（如長(zhǎng)出枝晶）的情況下，所能承受的最大充放電電流強(qiáng)度。這個(gè)值越高，意味著電池可以支持更快的充電速度和更強(qiáng)大的功率輸出。