中新網(wǎng)北京10月8日電 (記者 孫自法)全固態(tài)金屬鋰電池被譽為下一代儲能技術(shù)的“圣杯”，但其面臨固-固界面接觸的棘手難題導致難以實用化，一直以來備受關(guān)注。

　　記者10月8日從中國科學院物理研究所獲悉，全固態(tài)電池走向?qū)嶋H應(yīng)用的最大瓶頸——固體電解質(zhì)和金屬鋰電極之間如何保持界面緊密接觸，最近已被中國科學家研發(fā)的新技術(shù)破解，基于該技術(shù)制備出的原型電池，性能遠超現(xiàn)有同類電池。

　　一舉突破最大瓶頸

　　全固態(tài)金屬鋰電池一直面臨一個棘手難題：固體電解質(zhì)和金屬鋰電極之間必須保持緊密接觸，傳統(tǒng)做法要靠笨重的外部設(shè)備持續(xù)施壓，導致電池又大又重，難以投入實際應(yīng)用。

　　在本項研究中，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心黃學杰研究員團隊聯(lián)合華中科技大學張恒教授團隊、中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所姚霞銀研究員團隊研究發(fā)現(xiàn)，全固態(tài)金屬鋰電池中，鋰電極和電解質(zhì)之間的接觸并不理想，存在大量微小的孔隙和裂縫，這些問題不僅會縮短電池壽命，還可能帶來安全隱患。

　　為解決這一難題，研究團隊開發(fā)出一種在硫化物電解質(zhì)中引入碘離子的新技術(shù)：電池工作時，這些碘離子會在電場作用下移動至電極界面，形成一層富碘界面。這層界面能夠主動吸引鋰離子，像“自我修復”一樣自動填充進所有的縫隙和孔洞，從而讓電極和電解質(zhì)始終保持緊密貼合。

　　研究團隊稱，更重要的是，基于該技術(shù)制備出的原型電池，在標準測試條件下循環(huán)充放電數(shù)百次后，性能依然穩(wěn)定優(yōu)異，遠遠超過現(xiàn)有同類電池的水平。

　　由中國科學家開發(fā)出的這一陰離子調(diào)控技術(shù)，能在電極和電解質(zhì)之間形成一層全新的界面，可以吸引鋰離子主動流動，像“流沙”一樣自動填充微小的縫隙或孔洞，實現(xiàn)自適應(yīng)的緊密貼合。由此，界面接觸不再依賴外部加壓，一舉突破了全固態(tài)電池走向?qū)嵱玫淖畲笃款i。相關(guān)研究成果論文，近日已在國際專業(yè)學術(shù)期刊《自然·可持續(xù)發(fā)展》發(fā)表。

　　未來有望大顯身手

　　研究團隊表示，本項研究開發(fā)的新技術(shù)優(yōu)勢非常明顯：不僅制造更簡單、用料更省，還能讓電池更耐用。他們特別強調(diào)，采用這項新技術(shù)未來可以做出能量密度超過500瓦時/千克的電池，如此一來，電子設(shè)備的續(xù)航時間有望提升至少兩倍以上。

　　同時，這項突破將加速高能量密度全固態(tài)金屬鋰電池的發(fā)展，未來有望在人形機器人、電動航空、電動汽車等領(lǐng)域大顯身手，帶來更安全、更高效的能源解決方案。

　　在美國馬里蘭大學固態(tài)電池專家王春生教授看來，最新發(fā)表的這項研究成果，從本質(zhì)上解決了制約全固態(tài)電池商業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸問題，為實現(xiàn)其實用化邁出了決定性一步。傳統(tǒng)技術(shù)需要施加超過5兆帕(相當于50個大氣壓)的外力來維持界面穩(wěn)定，這種嚴苛條件嚴重阻礙了其產(chǎn)業(yè)化進程，而這項中國團隊開發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)，從根本上改變了這一困境。

　　針對本項研究成果是否徹底解決了固態(tài)電池固-固界面接觸難題、何時實現(xiàn)量產(chǎn)、是否增加成本、長期電化學穩(wěn)定性如何等問題，研究團隊一一回應(yīng)稱，這次研究解決了全固態(tài)金屬鋰電池負極側(cè)界面的固-固接觸難題，對解決正極/電解質(zhì)固-固接觸問題同樣具有啟發(fā)作用。

　　本項研究成果已獲得中國發(fā)明專利授權(quán)，正在申請國際專利，從實驗室到量產(chǎn)的困難集中在工藝和裝備研發(fā)方面，預計還需要3至5年時間努力。

　　新技術(shù)采用引入碘離子的方法，不會增加全固態(tài)金屬鋰電池成本。此外，富碘與金屬鋰化學穩(wěn)定性好，對全固態(tài)金屬鋰安全性提升有利。(完)