科学家通过加热降低全固态电池电阻

 

概括：

随着研究人员引入一种恢复其低电阻的策略，全固态电池现在离成为下一代电子产品的动力源又近了一步。他们还探索了潜在的还原机制，为更基本地了解全固态锂电池的工作原理铺平了道路。

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随着东京工业大学、AIST 和山形大学的研究人员推出了一种恢复其低电阻的策略，全固态电池现在距离成为下一代电子产品的动力源又近了一步。他们还探索了潜在的还原机制，为更基本地了解全固态锂电池的工作原理铺平了道路。

 

全固态锂电池已成为材料科学与工程领域的新热潮，传统锂离子电池已无法满足电动汽车等高能量密度、快充、长循环等先进技术的要求生活。全固态电池使用固态电解质代替传统电池中的液态电解质，不仅符合这些标准，而且相对更安全、更方便，因为它们可以在短时间内充电。

然而，固体电解质也有其自身的挑战。事实证明，正极和固体电解质之间的界面显示出很大的电阻，其来源尚不清楚。此外，当电极表面暴露在空气中时，电阻会增加，从而降低电池容量和性能。虽然已经进行了几次降低阻力的尝试，但没有人设法将其降低到 10 ? cm ²（欧姆平方厘米），未暴露在空气中时报告的界面电阻值。

现在，在最近发表在ACS Applied Materials & Interfaces上的一项研究中，由日本东京工业大学（Tokyo Tech）教授 Taro Hitosugi 和东京工业大学博士生 Shigeru Kobayashi 领导的研究团队可能终于解决了这个问题。通过建立恢复低界面电阻的策略以及揭示这种降低的潜在机制，该团队为高性能全固态电池的制造提供了宝贵的见解。该研究是东京工业大学、日本先进工业科学技术研究所 (AIST) 和山形大学联合研究的结果。

首先，该团队准备了包含锂负极、LiCoO ₂正极和 Li ₃ PO ₄固体电解质的薄膜电池。在完成电池制造之前，团队将 LiCoO ₂表面暴露在空气、氮气 (N ₂ )、氧气 (O ₂ )、二氧化碳 (CO ₂ )、氢气 (H ₂ ) 和水蒸气 (H ₂ O ) 30 分钟。

令他们惊讶的是，他们发现与未暴露的电池相比，暴露于 N ₂、O ₂、CO ₂和 H _{2并没有降低电池性能。}“只有 H ₂ O 蒸气会强烈降解 Li ₃ PO ₄ -- LiCoO ₂界面，并将其电阻急剧增加到比未暴露界面高 10 倍以上的值，”Hitosugi 教授说。

^{该团队接下来进行了一个称为“退火”的过程，其中样品以电池形式在 150 °} C下进行了一个小时的热处理，即沉积了负电极。令人惊讶的是，这将阻力降低到 10.3 ? cm ²，与未曝光的电池相当！

通过进行数值模拟和尖端测量，该团队随后发现，这种减少可能归因于退火过程中质子从 LiCoO _{2结构中自发去除。}