研究人员聚焦关键问题解决固态电池固有问题

面对生活中的诸多挑战，我们常常选择复杂的方法来寻找解决方案。然而，仔细研究后，答案往往比我们想象的要简单，根植于问题的核心“本质”。浦项科技大学 (POSTECH) 的一个研究小组在其关于解决固态电池固有问题的出版物中展示了这种方法。

该团队由浦项科技大学材料科学与工程系的 Byoungwoo Kang 教授和 Abin Kim 博士领导，最近开发出了一种具有独特性能的固体电解质。这项创新使超薄锂金属固态电池平台具有高稳定性和能量密度。他们的研究成果发表在《A Energy Letters》杂志上。

固态电池使用固体电解质代替液体电解质来提高能量密度和安全性，被认为是下一代电池，通常被称为“梦幻电池”。其中，石榴石型氧化物固体电解质(Li 7 La 3 Zr 2 O 12，或 LLZO)具有高离子电导率。然而，LLZO 反应性很强，暴露在空气中时会在其表面形成一层污染层(Li 2 CO 3)。这一层在电池结构中充当电阻屏障，削弱电解质和反应物的接触和界面特性，尤其是与锂 (Li) 金属阳极的接触和界面特性。

目前，人们正在探索各种方法来解决这些问题，例如在 LLZO 表面涂层或在合成后使用额外的化学或热处理工艺。虽然这些方法可以改善情况，但它们并不能完全解决问题，因为 LLZO 再次暴露在大气中，导致污染层重新形成。

研究团队专注于“LLZO”本身，而不是开发有效的涂层或其他工艺。通过专注于基本要素，他们创造了一种可空气处理的 LLZO (AH-LLZO) 技术，该技术同时增强了 LLZO 的表面和内部特性，从一开始就防止了污染物层的形成。

实验表明，所开发的石榴石型固体电解质通过在材料表面和内部形成一种新的疏水化合物(Li-Al-O)来抑制污染层的形成。因此，即使形成污染层，它也几乎不会与空气中的水分发生反应，从而有效地防止其在内部扩散。这一进步改善了与锂金属的接触(和润湿性)，使该团队能够开发超薄(~3.43 μm)锂固态电池，其厚度约为人类头发的十分之一。

这项研究的意义在于能够通过简单的润湿工艺制备超薄锂金属层，从而实现固态电池中极低的阳极与阴极容量比，~0.176，而无需复杂的后处理步骤。

这项创新技术可以大幅减少锂金属的使用量，从而降低电池整体重量和体积，并大幅提高能量密度。此外，该技术无需特殊处理或设施即可在空气中储存，简化了工艺流程，提高了石榴石型固体电解质的实用性。

Byoungwoo Kang 教授表示：“我们解决了 LLZO 固有污染层的问题，无需后处理步骤。我们将继续致力于研发能够实现高安全性和高能量密度的超薄锂金属固态电池。”

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