固态电池排队以提供更好的性能

固态电池将大量能量封装在一个很小的空间中，但是它们的电极不善于与电解质保持接触。液体电解质会到达电极的每个角落，从而激发出能量，但是液体会占据空间而不存储能量，并且会随着时间的流逝而失效。现在，研究人员正在使固态电解质与具有战略意义的材料制成的电极(原子级)接触，其结果有助于推动更好的固态电池技术的发展。

伊利诺伊大学厄本那-香槟分校材料科学与工程教授Paul Braun，博士后研究助理Beniamin Zahiri和Xerion Advanced Battery Corp.研发总监John Cook领导的一项新研究表明了如何控制固体材料的原子排列。可以改善阴极-固体电解质界面和固态电池的稳定性。研究结果发表在《自然材料》杂志上。

扎希里说：“对于电池来说，不仅重要的材料，而且这些材料表面的原子如何排列。” “目前，固态电池电极包含的材料具有多种多样的表面原子排列。这导致表面上看似无限数量的电极与固体电解质接触界面的可能性，而每种物质具有不同的化学反应性。我们有兴趣寻找哪种排列方式导致电池循环寿命，能量密度和功率的实际改善。”

研究人员说，电解质的稳定性控制着电池在开始失去电力之前可以处理多少个充电和放电循环。因此，科学家们正在寻找最稳定的电解质材料。

扎希里说：“在急于寻找稳定的固体电解质材料的过程中，开发人员对在电解质与电极之间非常薄的界面中发生的事情的重要性视而不见。” “但是，如果不能有效地评估电解质与电极之间的连接，电解质的稳定性将无关紧要。”

在实验室中，研究小组制造了含有钠和锂离子且具有特定原子排列的电极。他们发现锂基和钠基固态电池的电池性能与界面原子排列之间存在相关性。他们还发现，最小化界面表面积和控制电极的原子排列是了解界面不稳定性和改善电池性能的关键。

库克说：“这是如何评估当今所有重要的固体电解质的新范例。” “在此之前，我们基本上只是在猜测哪种电极-固体电解质界面结构可以提供最佳性能，但是现在我们可以对其进行测试，并找到材料和原子取向的最佳组合。”

正如合著者机械科学与工程教授Elif Ertekin及其小组所证明的那样，拥有这种控制水平可以为研究人员提供进行原子模拟所需的信息，他们认为，原子模拟将来会产生更好的电解质材料，研究人员说。

“我们认为这将教给我们很多有关如何研究新兴的固体电子产品的知识，”布劳恩说。“我们并未试图发明新的固体电解质;材料世界已经在这方面做得很好。我们的方法将允许其他人精确地测量其新材料的界面特性，否则很难确定。”

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