生產(chǎn)安全、高能量且價格低廉的固態(tài)鋰電池的競爭正在加速，最近有消息稱，在固態(tài)鋰電池中使用一種叫做石榴石的固態(tài)非易燃陶瓷電解質(zhì)進行的研究將具有革命性突破。

“這是能源儲存領(lǐng)域的一個范式轉(zhuǎn)變，”機械工程系助理教授KelseyHatzell說。一篇在3月份發(fā)表于theAmericanChemicalSociety'sEnergyLetters雜志的名為"TheEffectofPoreConnectivityonLiDendritePropagationWithinLLZOElectrolytesObservedwithSynchrotronX-rayTomography"的論文里，KelseyHatzell詳細描述了她對石榴石電解質(zhì)失效點的新研究，她的這篇文章也是本月ACS雜志上最熱門的文章之一。

鋰離子電池通常含有一種易?燃的液態(tài)有機電解質(zhì)。通過使用不易?燃的石榴石基電解質(zhì)可以有效消除火?災隱患。使用固體有機石榴石代替液體電解質(zhì)，不但能增加電池的使用壽命，同時可以大大的降低電池成本。

Hatzell說：“固態(tài)電池將是所有電動汽車和其他能源儲存和安全最為重要的應用形式。”

Hatzell的團隊測試了Li7La3Zr2O12或者被稱為鋰鑭氧化鋯（LLZO）的一種石榴石類型的材料，由于其較高的鋰離子導電性和與鋰金屬的兼容性，它在全固態(tài)電池的應用上顯示出巨大的前景。

Hatzell說道:“了解這些電解質(zhì)系統(tǒng)的失效機制對于設計彈性固體電解質(zhì)系統(tǒng)至關(guān)重要。LLZO的主要限制是其具有在低電流密度下易發(fā)生短路的傾向?！?/p>

Hatzell的研究使用了同步加速器X射線斷層掃描技術(shù)進行跟蹤實際充放電后LLZO的結(jié)構(gòu)變化。研究人員運用該技術(shù)可以查看電池內(nèi)部以及亞微米級分辨率的3D結(jié)構(gòu)特征。

在固體電解質(zhì)中成像鋰，大多數(shù)情況下是利用掃描電子顯微鏡或者光學顯微鏡技術(shù)進行破壞或原位成像的。“使用同步加速器工具將能夠提供更現(xiàn)實的條件，幫助我們能夠觀看埋藏的界面中的材料形貌，”Hatzell如此說道。論文的合著者是博士后學者申鳳玉（音）、研究生肖翔輝（音）和MarmDixit。

世界上只有為數(shù)不多的幾個同步加速器和中子源。Marm是入選2017年國家中子與x射線散射學院的60名研究生之一。Hatzell說:“作為這個項目的一部分，Marm在橡樹嶺國家實驗室和阿貢國家實驗室分別呆了一個星期?！?/p>

阿貢國家實驗室的高級光子源和ORNL的散裂中子源和高通量同位素反應器用于對先進材料的相互作用進行納米級研究。Dixit能夠從技術(shù)領(lǐng)先的科學家和專家那里學習同步加速器表征技術(shù)。Hatzell的團隊在阿貢國家實驗室進行了所有的測試。

“結(jié)果表明，空隙或連通孔的存在導致更高的短路率，這一結(jié)果可能為下一代固態(tài)電池系統(tǒng)的材料設計提供信息。”Hatzell說。

“盡管仍需要大量研究才能夠?qū)⒐虘B(tài)電池推向市場，但它們在高能量密度電池和電動汽車應用中的應用前景已經(jīng)引起了全球的極大興趣。”

本文摘自：材料科技在線