控制下一代全固態(tài)電池的雙電層動(dòng)力學(xué)-世界微頭條

【資料圖】

在我們尋求清潔能源和碳中和的過(guò)程中，全固態(tài)鋰離子電池(ASS-LIB)提供了可觀的前景。ASS-LIB有望用于包括電動(dòng)汽車(EV)在內(nèi)的廣泛應(yīng)用。然而，這些電池的商業(yè)應(yīng)用目前面臨瓶頸——由于其高表面電阻，它們的輸出會(huì)降低。此外，這種表面電阻的確切機(jī)制迄今尚不清楚。

研究人員將其與膠體物質(zhì)(一種粒子在另一種物質(zhì)中的微觀分散體)中看到的稱為“雙電層”(或EDL)效應(yīng)的現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)。當(dāng)膠體顆粒通過(guò)在其表面吸附分散介質(zhì)的帶負(fù)電荷的離子而獲得負(fù)電荷時(shí)，就會(huì)發(fā)生EDL效應(yīng)。

“這發(fā)生在固體/固體電解質(zhì)界面，給全固態(tài)鋰電池帶來(lái)了問(wèn)題，”東京理科大學(xué)(TUS)副教授TohruHiguchi博士解釋道。Higuchi博士與來(lái)自TUS的MakotoTakayanagi博士以及來(lái)自國(guó)立材料科學(xué)研究所的TakashiTsuchiya博士和KazuyaTerabe博士一起設(shè)計(jì)了一種新技術(shù)來(lái)定量評(píng)估固體/固體電解質(zhì)的EDL效應(yīng)界面。

一篇詳細(xì)介紹他們技術(shù)的文章發(fā)表在MaterialsTodayPhysics上。研究人員采用基于全固態(tài)氫端金剛石(H-diamond)的EDL晶體管(EDLT)進(jìn)行霍爾測(cè)量和脈沖響應(yīng)測(cè)量，以確定EDL充電特性。

通過(guò)在氫金剛石和鋰固體電解質(zhì)之間插入納米厚的鈮酸鋰或磷酸鋰夾層，該團(tuán)隊(duì)可以研究這兩層界面處EDL效應(yīng)的電響應(yīng)。電解質(zhì)的成分確實(shí)會(huì)影響電極界面周圍小區(qū)域的EDL效應(yīng)。當(dāng)將某種電解質(zhì)作為電極/固體電解質(zhì)界面之間的夾層引入時(shí)，EDL效應(yīng)會(huì)降低。

與鈮酸鋰/H-金剛石界面相比，磷酸鋰/H-金剛石界面的EDL電容要高得多。

他們的文章還解釋了他們?nèi)绾胃倪M(jìn)為ASS-EDL充電的開關(guān)響應(yīng)時(shí)間。“EDL已被證明會(huì)影響開關(guān)特性，因此我們認(rèn)為通過(guò)控制EDL的電容可以大大改善ASS-EDL充電的開關(guān)響應(yīng)時(shí)間。我們?cè)陔娮又惺褂媒饎偸姆请x子滲透特性場(chǎng)效應(yīng)晶體管層，并將其與各種鋰導(dǎo)體結(jié)合，”Higuchi博士說(shuō)道。

中間層加速和減速了EDL充電速度。EDLT的電氣響應(yīng)時(shí)間變化很大——范圍從大約60毫秒(磷酸鋰/H-金剛石界面的低速切換)到大約230微秒(鈮酸鋰/H-金剛石界面的高速切換)。然而，該團(tuán)隊(duì)展示了對(duì)EDL充電速度的控制超過(guò)兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

總之，研究人員能夠在全固態(tài)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)載波調(diào)制并改善其充電特性。Higuchi博士指出：“我們對(duì)鋰離子導(dǎo)電層的研究結(jié)果對(duì)于提高界面電阻很重要，并可能導(dǎo)致未來(lái)實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)異充放電特性的全固態(tài)電池。”

總而言之，這是控制ASS-LIBs界面電阻的一個(gè)重要墊腳石，它催化了它們?cè)谠S多應(yīng)用中的可行性。它還將有助于設(shè)計(jì)更好的基于固體電解質(zhì)的設(shè)備，這是一類還包括神經(jīng)形態(tài)設(shè)備的小工具。

關(guān)鍵詞： 電解質(zhì)的 響應(yīng)時(shí)間 固體電解質(zhì)