全固態(tài)電池空間電荷層微觀機理揭示

【資料圖】

記者28日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校馬騁教授團隊通過球差校正電鏡的原子尺度觀測，研究了空間電荷層對全固態(tài)鋰電池中離子傳輸?shù)挠绊?，并發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的微觀機理和過往幾十年的認知截然不同。研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

相比于目前的商業(yè)化鋰離子電池，全固態(tài)鋰電池具有更好的安全性和更大的能量密度提升空間。在這種電池中，空間電荷層可以產(chǎn)生于各種固—固界面附近。之前研究者普遍認為，空間電荷層對離子遷移的影響只由鋰離子的濃度決定：鋰離子濃度高則有利于離子遷移，鋰離子濃度低則不利于離子遷移。為了透徹理解空間電荷層對離子傳輸?shù)膶嶋H影響，需要對材料進行原子尺度的直接觀測。

研究人員以經(jīng)典固態(tài)電解質(zhì)的晶界作為研究對象。在此前的認知中，該材料之所以具有過大的晶界電阻，是因為空間電荷層在晶界附近形成了鋰離子濃度極低的區(qū)域，從而限制了離子遷移效率。而馬騁團隊通過球差校正電鏡觀測發(fā)現(xiàn)，晶界附近的鋰離子濃度反而高于材料中的平均水平，并精準確定了這些多余鋰離子在晶格中的位置。結(jié)合理論計算和電化學(xué)測試，他們發(fā)現(xiàn)這種晶體結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)相當高效的離子傳輸，和文獻中被普遍接受的假想截然相反。這一發(fā)現(xiàn)修正了關(guān)于空間電荷層的認知，也為全固態(tài)電池的界面優(yōu)化提供了指導(dǎo)法則。

(中國科大供圖)

關(guān)鍵詞：